DE3218571A1 - Verfahren und vorrichtung zur qualitativen und quantitativen bestimmung von unebenheiten und verunreinigungen auf und in transparenten oder semitransparenten flexiblen flaechengebilden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur qualitativen und quantitativen bestimmung von unebenheiten und verunreinigungen auf und in transparenten oder semitransparenten flexiblen flaechengebilden

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DE3218571A1 DE19823218571 DE3218571A DE3218571A1 DE 3218571 A1 DE3218571 A1 DE 3218571A1 DE 19823218571 DE19823218571 DE 19823218571 DE 3218571 A DE3218571 A DE 3218571A DE 3218571 A1 DE3218571 A1 DE 3218571A1
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Description

32^8571
HOECHST AKTIENGK SEL-LSCHAPT KALLE Niederlassung der Hoechst AG
Hoe 82/K 0 26 11. Mai 198 2
WLJ-Dr.Kn-df
Verfahren und Vorrichtung zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Unebenheiten und Verunreinigungen auf und in transparenten oder semitransparenten flexiblen Flächengebilden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur qualitativen und quantitativen Untersuchung von Unebenheiten und Verunreinigungen auf und in transparenten oder semitransparenten flexiblen Flächengebilden, insbesondere bei Folienbahnen.
Hierbei werden Interferenzringe mittels eines auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahles erzeugt, wobei der Lichtstrahl zu einem Teil an der Oberfläche und zu einem anderen Teil nach Durchgang durch das Flächengebilde an einer anderen Fläche reflektiert wird. Die beiden Teilstrahlen werden wieder überlagert und einer Registriereinrichtung zugetührt. Zusätzlich zu diesem Vorgang werden Polarisationseffekte in dem Flächengebilde mittels eines durchstrahlenden polarisierten Lichtes erzeugt, wobei der Lichtstrahl ebenfalls einer Registriereinrichtung zugeführt wird.
Flexible Materialien, insbesondere in Form von Polymerfolien, werden vielseitig in technischen Bereichen eingesetzt. Für einige Anwendungszwecke, z.B. im Bereich von Magnetbandfolien oder Kondensatorfolien ist es sehr wichtig, daß die Oberfläche der Basisfolie ständig auf ihre Oberflächengüte hin überprüft wird. Bei Beschichtungen, z.B. mit Magnetschichten zur Herstellung von Audio- oder Videobändern oder beim Wickeln von Konden-
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satoren unter Verwendung von sogenannten Dünnstfolien ist es unbedingt notwendig die Oberflächengüte zu kennen, damit brauchbare Endprodukte erzielt werden.
So ist es beispielsweise bekannt, bei der Herstellung von Magnetbändern, die Oberfläche vor und nach der Beschichtung zu überprüfen, da bekanntermaßen Unterschiede in dem Abstand zwischen Magnetkopf und der Oberfläche des Magnetbandes sowohl die Aufzeichnung als auch den Lesespannungspegel erheblich beeinflusssen. Notwendigerweise muß also die Oberflächengüte ständig untersucht werden.
Nach dem Stand der Technik ist eine gängige Methode zur Überwachung die Verwendung eines Interferenzmikroskopes, dessen vergrößertes Bild der zu untersuchenden Oberfläche von Interferenzerscheinungen überlagert ist. Die Interferenzerscheinungen in Form von Tnterferenzringen oder -streifen entstehen durch Aufspaltung der Lichtstrahlen einer monochromatischen Lichtquelle durch Reflexion an der Oberfläche und Brechung bzw. Reflexion an einem Spiegel in zwei Teilstrahlenbündel, die wieder überlagert werden. Dadurch erscheinen im Mikroskop parallele Interferenzlinien im Abstand einer halben Wellenlänge. Bei Natriumlicht beträgt dieser 0,29 um. Bei Unebenheiten der zu untersuchenden Fläche ergeben sich Auslenkungen der Interferenzlinien, wobei der Linienabstand bzw. die Anzahl der die Unebenheiten umgebenden Interferenzringe zur Bestimmung der Höhe der Unebenheiten herangezogen werden.
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— ^5 —
Bei der Prüfung der Oberfläche von Magnetbändern zeigt es sich, daß die Unebenheiten in Form von Erhöhungen bzw. Vertiefungen einen Durchmesser aufweisen, der kaum größer als 25 um ist, wobei es Fälle gibt, bei denen er unter 2 ym liegt. Die Oberflächen treten meist in Form von Spitzen, Kuppen oder Kegeln auf. Um mit dem Verfahren zur Bestimmung der Oberflächengüte nach dem Stand der Technik arbeiten zu können, muß daher eine hohe Vergrößerung des Mikroskopes (im allgemeinen 250-bis 500-fach) gewählt werden. Bei einer solchen Ver-
größerung beträgt damit das Beobachtungsfeld 0,01 mm
bis 0f05 mm . Für eine ausreichende und gesicherte Begutachtung der Oberflächengüte sind solche Flächengrößen jedoch völlig ungeeignet.
Aus der DE-OS 19 20 928 ist eine Vorrichtung zur Prüfung der Ebenheiten und Oberflächenglattheit von Gegenständen durch Interferenzmessung bekannt, durch die die zu prüfende Oberflächen beleuchtet und schief durch eine planare Glasfläche o.dgl. beobachtet wird, die sich in unmittelbarer Nähe, aber getrennt von der zu prüfenden Oberfläche befindet, wobei die Beleuchtung und Beobachtung unter Winkeln durchgeführt werden, die keine Totalreflexion verursachen.
Die EP-A 00 32 710 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse der Oberflächenbeschaffenheit von flexiblen Materialien, insbesondere von Folienbahnen, durch Erzeugung von Interferenzstreifen mittels eines schräg auf die zu untersuchende Oberfläche gerichteten
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Lichtstrahles, wobei der Lichtstrahl zu einem Teil an einer anderen Fläche reflektiert wird und die beiden Teilstrahlen wieder überlagert werden und wobei das zu untersuchende Meßobjekt an eine reflektierende Referenzfläche angelegt wird und die Teilstrahlen durch Reflexion an der Referenzfläche und an der zu untersuchenden Oberfläche gebildet werden, so daß ein dem von der Referenzfläche sich abhebenden Oberflächenprofil des Meßobjektes äquivalentes Interferenzfeld entsteht, das zur Bestimmung der Ausdehnung des Oberflächenprofiles in seiner Länge und Höhe mit Hilfe der Interferenzlinienabstände und der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes in an sich bekannter Weise ausgewertet wird.
Die beiden zuletzt genannten Verfahren stellen zwar eine wesentliche Verbesserung des eingangs geschilderten Verfahrens dar, jedoch besitzen sie aber auch einen gravierenden Nachteil.
So können zwar die Anzahl und Höhe der Oberflächenunebenheiten bestimmt werden, jedoch ist es nach diesen Methoden nicht möglich zu differenzieren, ob die Oberflächenunebenheit von einem an der Oberfläche haftenden Partikel (z.B. Staub) oder einem in der Oberfläche eingebetteten Partikel (z.B. Stippen oder Luftblasen) herrühren.
Eine solche Unterscheidung ist aber für den Hersteller von flexiblen Gebilden, z.B. für Audio-, Video- oder Kondensatorfolien von eminenter Wichtigkeit, da er hierdurch erst in die Lage versetzt wird, entweder
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seine Verfahrensbedingungen z.B. hinsichtlich der Vermeidung von Abrieb, elektrische Aufladung bei der Folienführung (Staubanziehung) usw. oder aber die Rohstoffrezeptur bzw. Herstellungsbedingungen zu ändern oder z.B. andere Filter und Filterstandzeiten zu wählen.
Es stellte sich somit die Aufgabe ein Verfahren zu entwickeln, bei dem es möglich ist, unter Mitbenutzung einer Interferenzmeßmethode sowohl die Anzahl und Höhe der anhaftenden und eingebetteten Verunreinigungen zu bestimmen als auch zwischen äußeren Verunreinigungen (äußere Sauberkeit) und inneren, d.h. eingebetteten, Verunreinigungen (innere Sauberkeit) eindeutig unterscheiden zu können.
Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Unebenheiten und Verunreinigungen auf und in transparenten oder semitransparenten flexiblen Flächengebilden/ insbesondere in Folienbahnen durch Erzeugung von Interferenzstreifen mittels eines schräg auf die zu untersuchende Oberfläche gerichteten Lichtstrahles, wobei der Lichtstrahl zu einem Teil an der Oberfläche und zu einem anderen Teil an einer anderen Fläche reflektiert wird und die beiden Teilstrahlen wieder überlagert werden, wobei das zu untersuchende Flächengebilde an eine reflektierende Referenzfläche angelegt wird und die Teilstrahlen durch Reflexion an der Referenzfläche und an der zu untersuchenden Oberfläche gebildet wer-
λΌ
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den, so daß ein dem von der Referenzfläche sich abhebenden Oberflächenprofii des Flächengebildes äquivalentes Interferenzfeld entsteht, das zur Bestimmung der Ausdehnung des Oberflächenprofiles in seiner Länge und Höhe mit Hilfe der Interferenzlinienabstände und der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes in an sich bekannter Weise ausgewertet wird, dessen kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß man zusätzlich das zu untersuchende flexible Flächengebilde mittels eines Licht-Strahles durchstrahlt, der vor und hinter dem Flächengebilde durch einen Polarisator geführt wird und der nach dem letzten Polarisator in an sich bekannter Weise ausgewertet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun erstmalig möglich, sowohl qualitative als auch quantitative Aussagen über die Anzahl als auch die Größe von an der Oberfläche anhaftenden und in der Oberfläche eingebetteten Verunreinigungen zu machen. So kann eindeutig z.B. zwischen anhaftenden Staubpartikeln und in der Oberfläche eingebetteten Luftblasen oder Stippen unterschieden werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Folienproduzent anhand der Meßergebnisse in die Lage versetzt, in den Herstellungsprozeß gezielt einzugreifen und/oder spezifisch ausgelegte Polymere zu wählen.
Die Durchstrahlung des flexiblen Flächengebildes kann von unten oder von oben erfolgen. -In letzterem Fall wird der Anteil des reflektierten Lichtes registriert.
Der Durchstrahlungswinkel hängt dabei von der Lage und Anordnung der Registriereinrichtung(en) ab.
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Der die Interferenzen erzeugende Lichtstrahl und der polarisierende Lichtstrahl können separaten Registriereinrichtungen zugeführt werden, jedoch ist es besonders zweckmäßig, beide Strahlen der gleichen Registriereinrichtung zuzuführen.
Um die Interferenzringe und die Polarisationseffekte gesondert darzustellen und somit eine bessere Unterscheidung durch Vermeidung von Anhäufungen und/oder Überlagerungen zu haben, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, entweder den die Interferenzringe bildenden Lichtstrahl oder den polarisierten Lichtstrahl ausblendbar zu gestalten. Dies geschieht im einfachsten Fall durch Ausschalten einer der beiden Lichtquellen oder durch Einfahren einer Ausblendapparatur in den die Interferenzstreifen erzeuaenden Lichtstrahl bzw. durch Ausschwenken oder Drehen eines der beiden Polarisatoren aus der Richtung des polarisierten Lichtstrahles.
Im einfachsten Fall ist das Meßobjekt, d.h. das flexible Flächengebilde ortsfest auf der Fläche verankert, jedoch ist es zur Untersuchung größerer Oberflächen sehr vorteilhaft, das Flächengebilde über die Fläche schubweise oder kontinuierlich hinwegzubewegen. Hierzu bedient man sich allgemein bekannter Vorschubeinrichtungen wie z.B. eines Rollenvorschubes. Dabei muß nur darauf geachtet werden, daß zwischen der Fläche und dem flexiblen Gebilde möglichst keine Luft vorhanden ist. Die dichte Anlage an die Fläche kann z.B. durch Herauspressen mittels Rollen, durch Gasbeaufschlagung mittels
•BW t
/Si
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eines Luftmessers oder durch Anlegen eines Vakuums erfolgen. Diese Maßnahmen sind allgemeiner Stand der Technik und brauchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht gesondert beschrieben zu werden. Die Registriereinrichtung(en) ist (sind) im einfachsten Fall eine starke Lupe, jedoch werden wegen der größeren Auflösung der Interferenzstreifen bzw. der Polarisationseffekte vorzugsweise Mikroskope verwendet. Hierbei können die auftretenden Effekte klassifiziert und anhand von Meßeinteilungen vermessen und rechnerisch ausgewertet werden.
Als weitere Registriermittel kommen Kameras in Frage, die die auftretenden Effekte im Bild festhalten und eine spätere Auswertung oder einen Vergleich mit der visuellen Betrachtung zulassen.
Eine besonders bevorzugte Verfahrensführung besteht in einer Kombination aus visueller Betrachtungsweise mittels eines Mikroskopes, einer Aufnahme mittels einer Videokamera und einer Darstellung mittels eines Monitors.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie besteht im einfachsten Falle aus einer Lichtquelle 1 zur Erzeugung der die Interferenzstreifen hervorbringenden Lichtstrahlen 2, einer im Winkel dazu angeordneten Fläche 4 auf der das Flächengebilde 3 anliegt und einer optischen Einrichtung 9 zur Sichtbarmachung der erzeugten Interferenzstreifen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine weitere Lichtquelle 5 zur Erzeugung
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eines polarisierten Lichtes 6 sowie vor und hinter dem Flächengebilde je ein Polarisator 7, 8 angeordnet ist. Um die Effekte wahlweise begutachten zu können, ist in bevorzugter Weise eine der beiden Lichtquellen ausschaltbar oder wenigstens einer der beiden Polarisatoren ausblendbar angeordnet.
Das Ausblenden der Polarisatoren kann durch Herausschwenken oder -drehen aus dem polarisierten Lichtstrahl erfolgen, wozu man sich bekannter Vorrichtungen bedient.
Die Fläche 4 kann aus einem transparenten oder semitransparenten Material, z.B. Glas oder Kunststoff in Form einer dicken Platte bestehen, wobei diese zur besseren Anlage bzw. zum Transport des Flächengebildes eine gekrümmte Form aufweist, an deren konvexer Oberfläche das flexible Flächengebilde fest angepreßt ist, wozu man sich bekannter Maßnahmen, z.B. Spannrollen, Federn u.a. bedient. Die Fläche kann aber auch von einer zweiten Lage des flexiblen Flächengebildes gebildet werden, wenn man dafür Sorge trägt, daß sich keine Luft zwischen den Lagen befindet. Zur Entfernung der Luftschicht bedient man sich der bereits beim Verfahren geschilderten Vorrichtungen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden Figuren 1 bis 6 näher erläutert, ohne daß jedoch eine Einschränkung auf die gezeigten Ausführungsformen bestehen soll.
Figur 1 zeigt schematisch eine zweckmäßige erfindungsgemäße Apparatur.
O L· I U
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Hierin bedeuten:
1 monochromatische Lichtquelle (Interferenz)
2 Lichtstrahl (Interferenz)
3 flexibles Flächengebilde
4 Fläche
5 Lichtquelle (Polarisation)
6 Lichtstrahl (Polarisation)
7 Polarisator
8 Polarisator (Analysator)
9 Registriereinrichtung (Mikroskop)
10 Videokamera
11 Monitor
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein in der Oberfläche des flexiblen Flächengebildes 3
verankertes Teilchen 12.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung ein auf der Oberfläche des flexiblen Flächengebildes 3 liegendes Staubteilchen 13.
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung eine in der Oberfläche des flexiblen Flächengebildes liegende Luftblase 14.
Figur 5 zeigt eine Interferenzaufnahme eines flexiblen Flächengebildes. Hierin sind deutlich Interferenzstreifen mit hellem Zentrum (Luftblasen) und mit dunklem Zentrum (Staub oder verankerte Teilchen) zu erkennen.
\ÖO / f
Ab
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG
Figur 6 zeigt eine Polarisationsaufnahme eines flexiblen Flächengebildes. Hierin sind deutlich Teilchen mit Polarisationseffekt (verankerte Teilchen) und Teilchen ohne Polarisationseffekt (Staub) zu erkennen.
Leerseite

Claims (20)

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG Hoe 82/K 026 - j-f - n. Mai 1932 WLJ-Dr.Kn-df Patentansprüche
1.j Verfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Unebenheiten und Verunreinigungen auf und in transparenten oder semitransparenten flexiblen Flächengebilden, insbesondere in Folienbahnen durch Erzeugung von Interferenzstreifen mittels eines schräg auf die zu untersuchende Oberfläche gerichteten Licht-
XO Strahles, wobei der Lichtstrahl zu einem Teil an der Oberfläche und zu einem anderen Teil an einer anderen Fläche reflektiert wird und die beiden Teilstrahlen wieder überlagert werden, wobei das zu untersuchende Meßobjekt an eine reflektierende Referenzfläche angelegt wird und die Teilstrahlen durch Reflexion an der Referenzfläche und an der zu untersuchenden Oberfläche gebildet werden, so daß ein dem von der Referenzfläche sich abhebenden Oberflächenprofil des Flächengebildes äquivalentes Interferenzfeld entsteht, das zur Bestimmung der Ausdehnung des Oberflächenprofiles in seiner Länge und Höhe mit Hilfe der Interferenzlinienabstände und der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes in an sich bekannter Weise ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich das zu untersuchende Flächengebilde mittels eines Lichtstrahles durchstrahlt, der vor und hinter dem Flächengebilde durch einen Polarisator geführt wird und der nach dem letzten Polarisator in an sich bekannter Weise ausgewertet wird.
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
KALLE Niederlassung der Hoechst AG
Hoe 82/K 0 26 - *5 -
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der die Interferenzstreifen erzeugende Lichtstrahl als auch der polarisierte Lichtstrahl der gleichen Registrierstelle zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den die Interferenzringe erzeugenden Lichtstrahl oder den polarisierten Lichtstrahl ausblendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Flächengebilde schubweise oder kontinuierlich gegenüber den Lichtstrahlen bewegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den oder die Lichtstrahlen einem Mikroskop zuführt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den oder die Lichtstrah- · len einer Kamera zuführt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den oder die Lichtstrahlen einer Videokamera zuführt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den oder die Lichtstrahlen einem Manitor zuführt.
321.8871
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG
Hoe 82/K 026
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bestehend aus einer Lichtquelle (1) zur Erzeugung der die Interferenzstreifen hervorbringenden Lichtstrahlen (2), einer im Winkel dazu angeordneten Fläche (4), auf der das Flächengebilde (3) anliegt und einer optischen Einrichtung (9) zur Sichtbarmachung der erzeugten Interferenzstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Lichtquelle (5) zur Erzeugung des polarisierten Lichtes (6) sowie vor und hinter dem Flächengebilde je ein Polarisator (7,8) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Lichtquellen (1,5) oder wenigstens einer der beiden Polarisatoren (7,8) ausblendbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Polarisatoren (7,8) ausschwenkbar oder drehbar gelagert sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Gebilde (3) gegenüber oder mit der Fläche (4) bewegbar angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (9) aus einem Mikroskop besteht.
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG
Hoe 82/K 0 26 - )A -
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (10) eine Kamera ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (9) aus einem Mikroskop und einer nachgeschalteten Kamera besteht.
16· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine Videokamera ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monitor (11) nachgeschaltet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (4) aus transparentem oder semitransparentem Kunststoff oder Glas besteht.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (4) aus einer zweiten Lage des flexiblen Flächengebildes besteht.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (4) gekrümmt ist, an deren konvexer Oberfläche das flexible Flächengebilde (3) fest angepreßt ist.
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