Способ фотометрического определения дефектов и устройство для его осуществления

(54) СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦШСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Гомельский государственный университет им. Франциска СкорннЫ (ВУ)(73) Патентообладатель Гомельский государст венный университет им. Франциска Скорины (ВЧ)1. Способ фотометрического определения дефектов, закшочающийся в том, что облучают контролируемый образец лазерным пучком, регистрируют интегральную интенсивность диффузно рассеянной назад компоненты лазерного иэдтучения, отличающийся тем, что дополни тельно регистрируют интегральную ггнтенсивность диффузно рассеянной вперед компоненты лазерного излучения и по отношению этих компонент определяют тип дефекта контролируемого образца.2. Способ фотометрического определения дефектов по п. 1, отличающийся тем. что перед определением типа дефекта дополнительно регистрируют интенсивности нерассеянных контролируемым образцом компонент лазерного излучения.3. Устройство для фотометрическом определения дефектов, содержащее лазер, установленные последовательно по ходу излучения первую и вторую интегрирующие полости. каждая из которых содержит входное и выходное отверстия и отверстия для размещения фотоприемников,соединенных с измерительным блоком, отличающееся тем, что между выходным отверстием первой и входным отверстием второй интегрирусмой полости въшолнена полость для размещения контролируемого образца, а в первой интегрирующей полости - выполнено дополнительное отверстие для вывода зеркально отраженной компоненты излучения.4. Устройство для фотометрнческого определения дефектов по п. 3. отличающееся тем.что в него введены два дополъпательных фотоприемника, первьпй из которых размещен на выходе дополнительного отверстия для вывода зеркально отраженной компоненты излучения первой интегрирующей полости, а второй фотопрнешпдк УСТННОВЛВН на ВЫХОДЕ ВЫХОДНОГО ОТт верстия второй интегрирующей полости, причем фотоприемники электрически соединены с измерительным блоком.5. Устройство для фотометрическом определения дефектов по пп. 3, 4, отличающееся тем, что в него дополнительно введены двеИзобретение относится к оптическому определении) дефектов и загрязнений оптических деталей, а конкретно к их фотометрической идентификации, и может быть использовано при определении оптической чистоты Плоскопаралтельных прозрачных оптических деталей, например пластин интерф ерометров, подложек фотошаблонов.Известен способ контроля дефектов, включаЩий направление оптического излучения на полосу прозрачного материала, регистрацию интенсивности зеркально отраженного и прошедшею компонент излучений 1 .Устройство для контроля дефектов прозрачныхзполос материалов содержит источник оптического излучения и два фотоприемника для регистрации отраженного и прошедшею излучений 1.Известные способ и устройство позволяют выявить оптические неоднородности на поверхности и в глубине тонкого прозрачного материала, в частности загрязнения поверхности или трещины. Однако дефекты, вызывающие рассеятше оптического излучеъшя (пузыри, царапины, точки и т.д.) выявляютсянедостаточно надежно и практически не идентифицируются,т.е. неразличимы между собой, что обусловлено как слабой чувствительностью указанных компонент оптического излучения к этим дефектам,так и недостаточной информативностью зарегистрированных интенсивностей прошедшего и зеркальноотраженныхкомпонентизлученийдля различения ттшов дефектов.Наиболее близок к заявляемому способ фотометрического определения дефектов, в котором контролируемый образец облучают лазерным пучком и регистрируют интегральную интенсивность диффузно рассеянной назад компоненты лазерного излучения 2 . Это позволяет определять наличие или отсутствие дефекта, дефектов,на контролируемом образце по изменению интегральной интенсивности диффузно рассеянной назад компоненты лазерного излучения. Однако указанная величина недостаточно ин 10Интегрирующие полости, каждая из которых содержит два отверстия, в одном из которых установлен дополнительный фотоприемник, а другое оптически сопряжено с дополнительным отверстием первой интегрирующей полости или с выходным отверстием второй интегрирующей полости.формативна при определении (штентификации) типов дефектов, вызывающих рассеяниеоптического излучения, которые, как показали исследования,удовлетворяюттребованиямоптической ЧИСТОТЫ ПрОЗРНЧД-ЬЕХ ОПТИЧССКЕХ ДСТЗЛВЙ, например по ГОСТ 11141-76, согласно которому необходимо определить такие дефекты, как пузыри, царапины, точки и т.л. Одному и тому же изменению или одинаковым численным значениям интегральной интенсивности диффузно рассеян ной назад компоненты лазерного излучения могут соответствовать разнотипные дефекты. Это не позволяет достоверно и точно определять типы дефектов, вызывающих светорассеяние и характеризующих оптическую чистоту прозрачных деталей. Наиболее близким к заявляемому является устройство для фотометрического определения дефектов, реализующее упомянутьпй способ и сод ержаптее лазер, установленные последовательно по ходу излучения первую и вторую интегрирующие полости, каждая из которых содержит входное и выходное отверстия и отверстия для размещения фотоприемников,электрически соединенных с измерительным блоком 2. Первая фотометрическая полость с фотоприемншсом и светодезштезтем обеспечивает возможность измерения интегральной интенсивности подающего излучения, а вторая интегрируюшая полость с фотоприемником - интегральной интенсивности диффузномрассезднной назад компоненты лазерного излучеьшя,благодаря чему известное устройство в целом используется для измерения коэффициента поглощения контролируемого образца, а в части(вторая полость) - для оценки наличия или отсутствия дефектов на его поверхности. Оно не позволяет однозначно определить тип дефектов согласно требованиям к оптической чистоте прозрачной детали. Кроме того, для прозрачной детали часть внешнего света проникает во вторую гантегрирутощю полость через отверстие, внося дополнительную погрешность в измерение упомянутой интегральной иъпенсинности, чтотакже препятствует достоверной и точной оценке типов дефектов, например таких, как точки,пузыри, шлифовочные царапины, а также снижает достоверность и точность выявления дефектов прозрачных образцов, поскольку упомянутые дефекты обладают слабым светорассеяъшем назад.Согласно предлагаемому изобретению повышается достоверность и точность определения типов дефектов, характеризующих оптическую чистоту прозрачных оптических деталей, обеспечивается возможность идентификации (распознания) большого числа дефектов.На фигуре 1 схематически изображено предлагаемое устройство для фотометрическом определения дефектов в варианте с четырьмя фотоприемниками, на фигуре 2 - основной вариант устройства в виде фотометрической головки, на фигуре 3 - вариант устройства с интегрирующими полостями в виде сферических сегментов. Устройство для фотометрические определения дефектов содержит лазер 1, фотометрический узел 2, образованный интегрирующей полостью 3 и фотоприемником 4, фотометрический узел 5, образованный интегрирующей полостью 6 и фотоприемником 7, дополнительные фотоприемтшки 8, 9, измерительный блок 10,полость 11 для размещения контролируемого образца 12.Интегрирующие полости 6 и 3 последовательно установлены по ходу лазерного излучения. Каждая из них имеет входное и выходное отверстия, отверстие для размещения фотоприемника, а интегрирующая полость 6 дополнительное отверстие для вывода зеркально отраженной компоненты. Полость 1 1 размещена между входным отверстием 13 второй по ходу излучения интегрирующей полости 3 и выходньш отверстием 14 первой по ходу излучения интегрирующей полости 6. Полость 11 открыта со стороны отверстий 13, 14 и со стороны конца для ввода образца 12 (для плоской детали она вьшолнена в виде узкой щели). Фотоприемнщ 4 размещен в отверстии полости 6, фотоприемник 8 - на выходе выходного отверстия полости 3 в оптической ловушке 15 напротив рассеивающего элемента 16, а фотоприемник 9 на выходе дополнительного отверстия для вывода зеркально отраженной компоненты в оптической ловушке 17 напротив рассеивающего элемента 18. Стенки ловушек 17, 15 покрыты поглощающим свет составом. Для нормирования соотношения интенсивностей в ловушке 15 расположен нейтральный светофильтр 19. Фотометрические узлы 2, 5 жестко соединены перемычкой 20, в которой выполнена упомянутая полость 11. Лазер 1 установлен в изолирующем корпусе 21. Контролируемый образец 12 устанавливают вдержателе 22, механически связанном с узлом сканирования 23, который может быть выполнен в виде двухкоординатното стола и блока управления. В рабочем состоянии образец 12 вводят в полость 11. , Устройство работает следующим образом. Излучаемый лазером 1 освещающий лазерный пучок через отверстие 14 падает на контролируемый образец. При наличии на контролируемом участке дефекта последний рассеивает лазерный пучок, причем часть его через отверстие 13 диффузно рассеивается вперед в полость 3, где интегрируется, а затем интенсивность излучения 1 дв. регистрируется фотоприемником 4, а часть диффузно рассеивается назад в полость б, где излучение интегрируется, а затем регистрируется интегральная интенсивность 1 д.н. излучения фотоприемником 7, часть нерассеянного пучка, подчиняясь законам геометрической оптики, проходит через образец 12,сквозь интегрирующую полость 3 и ее выходное отверстие в оптическую ловушку 15, где рассеивается элементом 16 на фотоприемник 8, регистрирующий интенсивность этой компоненты 1 п. а часть зеркально отражается от образца и, проходя сквозь дополнительное отверстие в полости б, попадает в оптическую ловушку 17,попадает на рассеивающий элемент 18, который направляет излучение на фотоприемник 9, регистрирующий интенсивносгь зеркально отраженной компоненты излучения 1 з. Сигналы фотоприемников 4, 7, 8, 9 регистрируются измерительным блоком 10, который может быть выполнен в виде регистрирующих приборов, специализированною вычислителя или системы обработки и отображения информации на базе ЭВМ. В последних случаях измерительный блок производит определения 1 дн/ 1 дв., анализирует численные значения 1 д.н., 1 д.н., 1 п. 1 з. их отношения, по которым производится определение типа дефектов в автоматическом режиме. Так, при отсутствии дефекта 1 д.н. и/ или 1 д.н. равны О. При наличии дефекта показания 1 д.н.,1 д.н. не равны нулю. При однозначной идентификации типа дефекта измеренное отношение 1 д.н./1 д.в. попадает в интервал однозначной идентификации, например, интервал О,05 О,09 соответствует дефекту типа пузыря. При неоднозначной идентификации лефекта для оценки его типа используют 1 п. и 1 з., измеренные фотоприемниками 8 и 9, затем смещают область зондирования на 0,342 диаметра лазерного пучка с помощью системы сканирования 23, повторяют измерения 1 п. и 1 з., оценивают изменения этих интенсивностей, производят по ним окончательную идентификацию дефекта. При необходимости перемещают контролируемый образец в полости 11 на новый участок. повторяя на нем поиск дефекта, а при его натичии - идентификацию типа дефекта согласно вышеизложенно 7 ВУ 1093 С 1 вму. При известности наличия дефекта на заданном участке система сканирования 23 обеспечиваетпозицированиедефекта напротив отверстийпаразитной взаимной засветке со стороны интегрирующих полостей 3, 6 и внешнего излучения в них, а благодаря расположению обеспечивает разделение 1 д.н. и 1 д.в. Засчет зтото обеспечивается точное и достоверное определение типов дефектов прозрачных образцов.Вариант выполнения заявляемого устройства ввиде фотометрической головтси (см. фиг. 2)предназначен для идентификации однозначно идентифицируемых дефектов типа пузырь, точка, дым и выявления других дефектов обработки. Позиции данното чертежа и последующего те же, что на фштуре 1. Фотометрическая головка вштотшена в виде лазера 1, фотометрических узлов 2, 5 с интегрирующнми полостями 3, 6 и фотоприемтетиками 4, 7, полости 11 для размещения контролируемого образца и оптических ловушек 15, 17, причем узлы 2 и 5 жестко соединены между собой скобой 24, образующей полость 11, а отдельно - с корпусом 2.5, в котором установлен лазер, а оптические ловушки 15, 17 жестко соединены соответственно с узлами 2 и 5. Перемещается либо фотометрическая головка, либо исследуемый образец. Регистрация 1 дн. и 1 д.13. осуществляется фотоприемниками 4, 7, а их отношение - измерительным блоком 10, электрически связанным с фотоприемпиками. Ненужные в этом случае нерассеянные компоненты выводился из полостей 3, 6 соответственно через вшюдное и дополнительное отверстия и поглощаются ловушками 15, 17.В варианте устройства, изображенном на фигуре 3, фотометрические узлы 2, 5 совмещены и выполнены в виде фотометрическото шара,разделенного параллельными перегородками 26 и27 на две сферические сегментные полос-т 28 и29, ограниченныхперегородшми и полуоферамтт Ю и 31. Фсттогтриемнитш 4, 7 установлены в отверстиях сепаенптьш полостей 28 н 29. Шлосгь 11 для раз-тещетшя конгролируешто образца 12 образованаперегородками 26 и 27, в которых вьпптнены отверстия 14, 13, жесткой перемыъпсой Ю. Отличие от варианта, изображенного на фигуре 1, состоит также в том, что дополнительно введены две тштегрирутоппае полости 32 и 33, каэкдая из которых содержит два отверстия в отверстии 32 установлен фотоприемник 8, а в отверсгшт полости 33 фотоприемник 9, входное отверстие полости 32 оптически сопряжено с вьттаэдттьтм отверстием полости 28, а входное отверстие полости 33 - с доползти-стыдит отверстием для вывода зеркально отражевиойкомпоненты из полости 29.Интенсивности диффузно рассеянного вперед и назад излучения итттегрирутогся соответственно сетменттпяъти полостями 28 и 29 и регистрируются фотоприемннкаьш 4, 7, а диффузно нерассеятгные коьшонентн интегрируются полостями 32 и 33 и регистрируются фогтоттриемнакамтт 8 и 9. В остальком конструщия и работа данного варианта устройства аналогична варианту, изображенному на фтиуре 1. К достоинствам описываемого варианта следует отнести уменьшение гфартов фотометрических узлов, что тюзволяет при испэттъзевании шпетрирутшпрс полостей 32 и 33 не увеличивать габариты устройства. Применение полостей 32 и 33 позволяет повысить точность регистрации 1 гт., 1 зТаким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают возможность точной и достоверной оценки типа дефекта на количественном и качественном уровне, удовлетворяющем требованиям к оптической чистоте прозрачных деталей.