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Verfahren zum Nachweis von Störstellen bezw. Störstoffen in einer
Probe und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Nachweis von Störstellen bezw. Störstoffen in einer Probe mittels
Durchstrahlen der Probe mit einem feinen Strahlenbündel und durch Nachweis der Störstellen
aufgrund von Intensitätsänderungen des durchtretenden Strahlenbündeis. Ferner betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens. Die Störstellen
bezw. Störstoffe können sich innerhalb der Probe oder auf der Oberfläche derselben
befinden.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt und zum Nachweis von
Störstellen bzw. Störstoffen auf den
Oberflächen von Proben oder
im Inneren transparenter Proben bekannt, die für die betreffende Strahlenart transparent
sind. Darunter gibt es en Verfahr£n, wo nach ein Lichtbündel oder ein Strahlenbündel
auf eine zu untersuchende Probe gerichtet wird, während die Beobachtung des durchgelassenen
oder reflektierten Strahlenbündeis mit @doßem Ai. re erfolgt. Nach einem anderen
Verfahren wird eine Probe in einer Richtung verschober, während ein Strahlenbündel
von einer festen Strahlenquelle auf die sich bewegende Probe auftrifft und nach
Durchtritt durch die Probe in eine feststehende fotoelektrische Einrichtung eintritt,
wodurch die einfallende Strahlung in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt
wird; dabei werden die Storstellen aufgrund der Größenänderung dieses elektrischen
Ausgangssignals nachgewiesen.
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Das erste genannte Verfahren ist deshalb nachteilig, weil es eine
menschliche Beobachtung erfordert, wodurch die Wahrscheinlichkeit gross ist, dass
Störstellen übersehen werden und unentdeckt bleiben, da der Beobachter milde oder
nachlässig ist, und dass sich bei dem Beobachter ausserdem starke, nervöse Ermü@dungserscheinungen
zeigen.
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Das an zweiter Stelle genannte Verfahren besitzt den Nachteil, das
eine übergroße Zeitdauer für der Nachweis erforderlich ist, da sich das Strahlenbünael
auf einer fester Bahn ausbreitet. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens liegt
darin, daß bei Verkleinerung des bestrahlten Flächenbereiches zum Zwecke der Steigerung
der Nachweisempfindlichkeit die zum Nachweis erforderliche Zeit und Arbeit weiter
ansteigen, wobei gleichzeitig die Kosten der Vorrichtung zunehmen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Überwindung der beschriebenen Schwierigkeiten
bekannter Verfahren rlli ie Verbesserun der Nachweisgenauigkeit @ für den Nachweis
von Störstellen bezw. Störstoffen innerhalb von Proben oder auf den Oberflächen
derselben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Steigerung der Nachweisgeschwindigkeit
von Störsteller innerhlb von Proben. Weiterhin liegt es im Aufgabenbereich der Erfindung,
die Nachweisempfindlichkeit zur Störstellen, auch Ottringer Ausdehnung, in Proben
zu verbessern.
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De Erfindung bezweckt die Schaffung eines vergleichsweise einfachen
und wirtschaftlichen Verfahrens
zum Nachweis von Störstellen in
Proben, wodurch die genannten Aufgaben gelöst werden.
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Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung einer vergleichsweise
einfachen und preiswerten Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Strahlenbündel in einer konstanten Abtastrichtung abgelenkt wird und dass die
Probe synchron rnit der Abtastbewegung in einer von der Abtastrichtung verschiedenen
Richtung bewegt wird, wobei das Strahlenbündel gleicnmässig nacheinander verschiedene
Oberflächenbereiche der zu prüfenden Probe abtastet, wo die Auftrefffläche des Strahlenbündels
auf der Probenoberfläche konstant bleibt.
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Weisen, Grundgedanke, Einzelheiten und Brauchbarkeit der Erfindung
werden aus der folgenden Einzelbe-Beschreibung einiger bevorzugter .usführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den-zugehörigen Zeichnungen, wo entsprechende Teile
rait gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, deutlicher offenbar. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur
2 im Aufriß eine Darstellung der Abtastbewegung des Strahlenbündels in der Vorrichtung
nach Figur 1, Figur h ; eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4 eine Ansicht zur Erläuterung des Abtastweges des Sbrahlenbündels in dem
Gerät nach Figur 3, Figur 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, Figur 6 einen Grundriß zu Figur 5 und Fig. 7a und -7b Ansichten zur
Erläuterung der Ausrichtung zwischen der Probenfläche und der Abtastbahn.
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In Figur 1 ist eine Vorrichtung nach der Erfindung zum möglichst
vollständigen Nachweis von Störstellen bzw.
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Störstoffen innerhalb einer lichtdurchlässigen Probe in Form einer
ebenen Platte gezeigt. Danach ist ein Projektor 1 bestehend aus einer Lichtquelle
1a, beispielsweise einer Glühlampe, und einem Kollimator lb zur Ausrichtung des
von der Lichtquelle emittierten Lichtes in ein Lichtbündel eines bestimrnten Querschnitts
vorgesehen. Das Lichtbündel wird auf einem sich drehenden, konkaven Spiegel 3 abgebildet
und daran reflektiert, wobei die Drehung über Getrieberäder 2 durch einen Motor
11a erfolgt. Das reflektierte Lichtbündel folgt somit einer Abtastbahn in einer
vorgegebenen Richtung, -beispielsweise in Vertikalrichtung.
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Das Abtastlichtbündel tritt durch eine von vexe Linse 4, die ein
Parallellichtbündel für die Abtastung erzeugt, das auf die Probe 5 auftrifft und
durch dieselbe hindurchtritt. Gleichzeitig wird die Probe 5 in einer von der genannten
Abtastrichtung des Licntbündels verschiedenen Richtung, beispielsweise in einer
Horizontalrichtung senkrecht zu der Abtastrichtung, :jlt einer solchen Geschwindigkeit
verschoben, dass die Probe während einer jeden vertikalen Abtastperiode des entsprechend
der Drehfrequenz des Drehspiegels 3 hin und her bewegten Lichtbündels um einen der
Breite des Abtastlichtbündels gleichen Abstand weiter bewegt wird. Das in jeder
Abtaststellung durchgelassene Abtastlichtbündel erreicht eine konvexe Fokusierungslinse
E und gelangt in eine fotoelektrische Einrichtung 7.
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Zur Verschiebung der Probe 5 in der beschriebenen Weise ist eine
Verschiebeeinrichtung vorgesehen, die aus einem die Probe 5 tragenden Wagen 8 besteht,
der fest auf einem Leitglied 9 sitzt, dessen Muttergewinde über eine drehbar gelagerte,
horizontal ausgerichtete Stellspindel 10 greift. Bei der Drehung der Stellspindel
10 wird das Leitglied 9 mit dem Wagen 8 und der Probe 5 in
horizontaler
Richtung verschoben. Der Drehantrieb der Stellspindel 10 erfolgt mittels eines Motors
11. Die Führung des Leitgliedes 9 ermöglicht nur eine Verscliiebung in gerader,
horizontaler Richtung und verhindert jede Drehung Q U die Achse der Stellspindel
10 mittels einer Führungsstange 12, die raumfest gehalten ist und auf der das Leitglied
9 gleitet.
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Innerhalb der beschriebenen Vorrichtung sind die Drehzahl des Drehspiegels
3 und die Verstellgeschwindigkeit der Probe 5 (d.h. die Verschiebegeschwindigkeit
des Wagens @) durch nicht dagestellte Elemente so aufeinander abgestim@@, dass bei
Drehung des Spiegels 3 um eine @Umdre @@@@ ausgehend von einer bestimmten Winkelstellung,
beispielsweise der Stellung, wo das Lichtbündel auf den Berei@@ A der Probe 5 nach
Figur 1 auftrifft, die Probe @ seitlich @@ einen Abstand verschoben wird, der der
Breite aes Lichtbündels genau gleich ist. Infolgedessen wird die Probe über ihre
gesamte Ausdehnung durch das Lichtbündel in der in Figur 2 dargestellten Weise beleuchtet,
d.h. abgetastet.
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Diese Synesronisation zwischen den genannten Verschieb@@@@@@eschwindigkeiten
soll durch das folge@de
Beispiel verdeutlicht werden. Wenn die Drehzahl
des Spiegels 3 1 Hz und die Verschiebungsgeschwindigkeit der Probe 5 1 mm/sec. beträgt,
wird die Breite L, d.h. die Abmessung senkrecht zur Abtastbahn, des Lichtbündels
ein mm; die vertikale Abmessung 1 kann beliebig sein.
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Das in dieser Weise nacheinander auf verschiedene Bereiche der Probe
5 gerichtete Lichtbündel tritt durch dieselbe hindurch und wird durch die Fokusierungslinse
6 auf die fotoelektrische Einrichtung 7 fokusiert, wo es in ein elektrisches Ausgangssignal
umgewandelt wird. Das Ausgangssignal wird mit einem in an sich bekannter Weise erzeugten
Bezugswert verglichen, so dass man ein Vergleichssignal erhält, das das Vorhandensein
von Störstellen bzw. Störstoffen innerhalb der Probe 5 anzeigt.
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Wenn i;n einzelnen eine Störstelle innerhalb der Probe 5 vorhanden
ist, ist die Intensität des durch diesen die Störstelle enthaltenden Teil der Probe
5 getretenen Lichtbündels geringer als die Bezugs intensität des durch störstellenfreie
Teile der Probe 5 getretenen LichtbündeLs Deshalb kann man durch Vergleich des elektrischen
Ausgangssignals der fotoelektrischen Einrichtung 7 mit einem einen störstellenfreieyl
Bereich entsprechenden Bezugssignal eine Ctörstelle nachweisen.
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Durch Verminderung der Querschnittsfläche des Abtastlichtbündels
kann man nach der Erfindung sehr kleine Störstellen mit hoher Genauigkeit und insbesondere
mit grosser Geschwindigkeit und hoher Empfindlichkeit nachweisen. Wenn beispielsweise
die Breite L wie in dem genannten Beispiel ein mm und die Vertikalabmessung 1 0,1
min beträgt, beläuft sich der Querschnitt des Lichtbündels, d.h. die von den Lichtbündel
beleuchtete Fläche, auf 0,1 mm2. Da die kleinste mit unbewaffnetem Auge nachweisbare
Störstelle in der Größenordnung von 0,1 rnm2 liegt, kann man in dieserin Fall Störstellen
nachweisen, wenn die Intensität des durchgelassenen Lichtes um 10 Prozent abnimmt.
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Die Erfindung kann iait Erfolg auch zum Nachweis von Störstellen
in zylindrischen Proben ge;ia-ss Figur 3 angewendet werden. Danach wird ein aus
eine@ Projektor 1 austretendes Lichtbündel an einem geneigten, ebenen Spiegel 13
reflel-tiert, der in Richtung des Ausgangslichtbündels verstellbar ist. Das reflektierte
Lichtbündel wird längs einer Abtastbahn, beispielsweise von links nach rechts in
Figur 3 verschoben. Dieses Abtastlichtbündel wird an einem geneigten, ebenen Spiegel
14 in ein vertikales Abtastlichtbündel umgewandolt, das auf eine zylindriseile Probe
5a auftrifft, und durch die.C-lb hindurchtritt, die mit ihrer Achse in Vertikal@
@ehtung anfgestellt und um
ihre Achse durch einen Motor 15 augetriebe@
wird.
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Nach Durchtritt durch die Probe 5 tritt rla.
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Abtastlichtbündel in eine fotoelektrische Einrichtung 7 ein, die in
vertikaler Richtung synchron mit der Bewegung des ebenen Spiegels 13 verschoben
wird.
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Der ebene Spiegel 13 sitzt auf einen Wagen 16, der über ein Muttergewinde
mit einer um eine horizontale Achse drehbaren spindel 17 gekoppelt ist. Dleselbe
wird von einem Motor 1, im Drehsinn angetrieben und verschiebt den Wagen 16 in Axialrichtung
der Spindel 17. Eine genaue axiale Führung unter Veränderung einer Drehung wird
durch eine Leitführung 19 erreicht.
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Die fotoelektrische Einrichtung 7a sitzt auf einem Wagen 20, dessen
Muttergewinde auf einer um eine Vertikalachse drehbaren Leitspindel 21 sitzt die
durch einen Motor 22 gedreht wird und den Wagen 20 in Vertikalrichtung verschiebt.
Die Führung des Wagens 20 unter Vermeldung einer Drchung wird durch eine Leitführung
23 bewirkt.
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D beschriebene Einrichtung arbeitet in folgen@@@@@eise. Lin feines
Lichtbündel tritt aus der Lichtquelle @ aus und wird an dem sich bewegenden ebenen
Spiegel 13 reflektiert, so dass eine horizontale Abtastbeweg@@@@ von links nacil
rechts hinsichtlich Figur 3 durch diese Verschlebung des ebenen Spiegels 13 bewirkt
wird. Dies. Abtastlichtbündel wird durch den ebenen Spiegel 14 in ei Abtastlichtbündel
it vertikaler Abtastbewegung umgewandelt und auf die Probe 5 gerichtet, deren Bereiche
nacheinander läng@ liner vertikalen Abtastbahn beleuchtet werden, Bei diesem Gerät
sind die lineare Verschiebungsgeschwindigkeit des ebenen Spiegel 13 (d.h. des Wage@s
16) und die @rehzahl der Probe 5a durch bekannte, nicht dargestellte Bauelemente
so aufeinander abgestimmt, dass bei Verschiebung des ober en Spiegels von links
rach rechts, so Wass si@ der dur@@ das Abtastlichtbündel beleuchtete Leuchtfleck
nach abrärte vo@ oberen Ende A der Probe 5a nach Figur 3 aus bewegt, die Probe )a
mit einer Slchen Drehzahl ge@@eht wird, dass die Abtastbahn des Lichtbündels auf
der Probe 5 einer Schraubenbahn nach Figur 4 folgt, wodurch die @essmte @berfläche
der Probe 3 in vollständiger Überdeckung durch das Lichtbündel abgetastet wird ohne
dass
zwischen aufeinander folgenden Schraubenwindungen ein Abstand
freibleibt.
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Wenn im einzelnen die Abtastgeschwindigkeit n des Lichtbündels 10
mm/sec und die Umlaufzeit der Probe 5 0,05 sec betragen, ergibt sich die Vertikalabmessung
des Lichtbündelquerschnitts zu 0,5 mm. Die Breitenabmessung 1 des Lichtbündelquerschnitts
kann entsprechend dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beliebig gewählt werden.
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Das nacheinander verschiedene Bereiche der Probe 5 abtastende Lichtbündel
tritt nach der obigen Beschreibung durch dieselbe hindurch und in die fotoelektrische
Einrichtung 7a ein, die sich in vertikaler Richtung synchron mit dem Abtastlichtbündel
entsprechend der VerschiebungsgeschwindigkeXt des ebenen'Spiegels 13 verschiebt.
Die Intensität des in der fotoelektrischen Einrichtung 7a empfangenen LichtbUndels
wird dabei in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, dessen Änderung zum Nachweis
des Vorhandenseins von Störstellen innerhalb der Probe 5a entsprechend wie nach
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel benutzt wird.
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Die AusfUhrungsform der Erfindung nach den Figuren : 3 und 4 besitzt
dleselbe Wirkungsweise wie in dem zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
Wenn beispielsweise die Vertikalabmessung L des Lichtbündels 0,5 mm und die Querabmessung
1 0,1 mm betragen, wird die Querschnittsfläche 0, 5 mm x 0,5 mm, d.h. 0,05 mm2>
so dass auch kleine Störstellen leicht nachgewiesen werden können, die mit bloßem
Auge nicht sichtbar sind.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entsprechend den
Figuren 5 und 6 wird ein Strahlenbündel, beispielsweise ein #-Strahlenbündel zum
Nachweis von Störstellen in vergleichsweise langen Proben beispielsweise in Rohren-oder
stabförmigen Proben benutzt. Nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine
Probe 5b in axialer Richtung innerhalb des Drehzentrums eines horizontal ausgerichteten
Drehtisches 25 verschoben, der um das Drehzentrum mittels eines Kegelradgetriebes
24 gedreht wird.
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Eine Strahlenquelle 26 und ein Strahlennachweisgerät 27 zum EmpSang
des in der Strahlenquelle 26 emittierten Strahlenbündeis stehen einander aur dem
Drehtisch 25 diametral gegenüber, wobei die Probe 5b in der Bahn des Strahlenbündels
steht.
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Die Einrichtung nach der obigen Beschreibung arbeitet in folgender
Weise. Die Geschwindigkeit asrg Li@earverschiebung
(beispielsweise
in Aufwärtsrichtung bezüglich Figur 5) Der Probe 5b und die Drehgeschwindigkeit
des Drehtisches 25 sind durch bekannte, nicht dargestellte Bauelemente so aufeinander
abgestimrat, dass die Abtastbahn des Strahlenbündels auf der Oberfläche der Probe
5b schraubenförmig ist, ohne dass ein Spalt zwischen benachbarten Windungen der
Schraubenbahn freibleibt, so dass die gesamte Oberfläche der Probe 5b vollständig
bestrahlt wird.
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Das auf diese Weise nacheinander auf verschiedene Bereiche der Probe
5b gerichtete Strahlenbündel tritt durch die Probe 5b hindurch und wird in einem
Strahlennachweisgerät 27 empfangen, wodurch jede Störstelle der Probe 5b entsprechend
wie in den zuvor beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen nachgewiesen wird.
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Durch die zuvor beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann man
also Störstellen schnell mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit ähnlich
wie bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen nachweisen.
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Ausserdem kann man auf diese Weise die Erfindung auch bei Proben anwenden,
die aus nicht-lichtdurchlässigen Stoffen bestehen.
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Bei Jedem der zuvor beschrisbenen Ausftlbrungsbelspiele der ErSinduw
wird das Strahlenbündel in einer konZ
stanten Richtung gegenüber
der Oberfläche der Probe verschoben und die bestrahlte Fläche auf der Probe wird
imrier konstant gehalten.
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Gemäß dem Vorschlag der Erfindung wird ein Strahlenbündel im Sinne
einer Abtastbewegung abgelenkt und gleichzeitig wird eine Probe in einer dazu senkrechten
Richtung mit einer entsprechend abQestirnmten Geschwindigkeit verschoben, so dass
die gesamte Oberfläche der Probe bestrahlt wird, wobei die Fläche des Bestrahlungspunktes
auf der Probe während der ganzen Bestrahlungszeit im wesentlichen konstant bleibt.
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Auf diese Weise kann man schnell, mit hoher Empfindl ichke lt und
Genauigkeit selbst kleine Störstellen innerhalb einer ausgedehnten Gruppe von Proben
nachweisen, die für Lichtstrahlen oder andere Strahlen durchlässig sind, beispielsweise
in Proben in Form von Glasplatten, Kunstharzplatten, Mikrographien zur Messung der
Teilchenverteilung in Flüssigkeiten, Ampullen für Injektionsmittel und Metalldrähten.
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Da man im Sinne der Erfindung die Breite bzw. die Querschnittsabmessung
senkrecht zu der Attastbahn des
Strahlenbündels wahlweise ändern
kann, indem man entsprechend die Abtastgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der
Probe ändert, kann die Querschnittsfläche des Strahlenbündels wesentlich vermindert
werden. Dadurch wird der Nachweis kleiner Störstellen möglich.
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Im Sinne der Erfindung kann die Breite des Strahlenbündels selbstverständlich
auch grösser als der theoretische Wert sein. Ausserdem brauchen die Abtastrichtung
und die Verschiebungsrichtung der Probe nicht immer senkrecht aufeinander zu stehen;
es ist vielmehr wesentlich, das die Abtastebene und die Verschiebungsrichtung der
Probe einen festen Winkel miteinander bilden und dass keine Teile der Probe übrig
bleiben, die nicht von dem Abtaststrahlenbündel bestrahlt werden.
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Demzufolge wird bei einer Probe in Form einer Platte nach den Figuren
7 (a) und 7 (b) die Probe unter einem festen Neigungswinkel gegenüber ihrer Verschiebungsrichtung
gehalten, der der Verschiebungsgeschwindigkeit und der Abtastgeschwindigkeit entspricht,
oder man stellt in anderer Weise die Abtastrichtung unter einem festen Neigungswinkel
ein. Durch diese Verfahrensweise kann eine Probe
ebenfalls huber
ihre Gesamtoberfläche abgetastet werden, gleichzeitig wird die Ausmessung der Stellungen
und der Größe von Störstellen erleichtert. In den Figuren 7 (a) und 7 (b) ist die
Abtastrichtung durch parallel sueinander verlaufende, gestrichelte Linien und die
Verschiebungsrichtung der Probe durch einen Pfeil B angegeben.
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Wie man aus der vorstehenden Beschreibung entnimmt, kann man nach
dem Vorschlag der Erfindung kleine Störstellen innerhalb von Proben schnell mit
hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit nachweisen, so dass die Erfindung innerhalb
eines weiten Anwendungsgebietes vorteilhaft anwendbar ist.
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Selbstverständlich betrifft die vorstehende Offenbapung nur bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung.
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Die Erfindung umfasst alle Änderungen und Abwandlungen dieser zum
Zwecke der Offenbarung gewdhlten AusSUhrungsbeispiele, die nicht vom Wesen und Grundgedanken
der Erfindung abweichen.