DE4134747A1 - Lichtmessanordnung zur detektion von oberflaechendefekten - Google Patents

Lichtmessanordnung zur detektion von oberflaechendefekten

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Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtmeßanordnung zur Detektion von Oberflächendefekten (Kratzer, Risse, Punktdefekte usw.).
Nach dem derzeitigen technischen Entwicklungsstand lassen sich Oberflächendefekte nur mittels aufwendiger Verfahren der Bildverarbeitung bei geringer Genauigkeit detektieren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Probenoberfläche wesentlich genauer bei vergleichweise geringen Kosten auf Defekte zu untersuchen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Lichtmeßanordnung besteht aus einer rotierenden Probenaufnahme mit Antriebsmotor und einer Sensoreinheit. Kernstück des Sensors stellen zwei Halbleiterfotoempfänger dar: ein Mehrfachkreisringdetektor zur Detektion der radialen Verteilung des Streulichtes und ein kreisförmiges Array zur Detektion der azimutalen Verteilung des Streulichtes. Der Mehrfachringdetektor ist aus einer Mehrzahl von kreisförmigen Detektorringen aufgebaut. Vorzugsweise besteht er aus kreisringförmigen Detektorelementen mit einem Außendurchmesser des größten Detektorringes von 10 mm. Das kreisförmige Array ist aus einer Mehrzahl von kreisringförmig angeordneten Detektorelementen aufgebaut. Der Außendurchmesser der kreisringförmigen Anordnung ist vorzugsweise 2 mm.
Weitere Bestandteile der Sensoreinheit sind eine Laserquelle, zwei Strahlteiler zur Lenkung des Laserstrahles auf die Probe bzw. des reflektierten Streulichtes auf die beiden genannten Empfänger sowie eine Optik zur Strahlformung. Alle Bestandteile der Sensoreinheit sind vorzugsweise starr miteinander verbunden. Die Sensoreinheit ist gegenüber der rotierenden Probenaufnahme linear verschieblich über deren Radius angeordnet. Eine definierte lineare Verschiebung der Sensoreinheit wird durch Ankupplung an einen Linearmotor realisiert.
Durch gleichzeitige Drehbewegung des Probentisches und lineare Bewegung der Sensoreinheit werden die Punkte der Probenoberfläche mit dem Laserstrahl nacheinander abgetastet (Plattenspielerprinzip).
Die gesamte Oberfläche der Materialprobe wird mit einem Lichtfleck abgerastert und es werden jeweils die radialen und azimutalen Intensitätsverteilungen des von jedem Lichtfleck ausgehenden Streulichtes ermittelt und ausgewertet.
Es zeigen:
Fig. 1 Lichtmeßanordnung zur Detektion von Oberflächendefekten,
Fig. 2 Schnitte durch den Ringdetektor und das kreisförmige Array.
Die Lichtmeßanordnung besteht aus einer Sensoreinheit 1 und einer Probenaufnahme 2 mit Antriebsmotor 3. Die Probenaufnahme nimmt den auf Oberflächendefekte zu untersuchenden Prüfling 10 auf. Das Kernstück der Sensoreinheit 1 stellen die beiden gegeneinander um 90° versetzten Empfänger, vorzugsweise Halbleiterfotoempfänger (Mehrfachringdetektor 4 bzw. ringförmiges Array 5), dar. Ihre Strukturen gehen aus den Schlitten A-A bzw. B-B hervor (Fig. 2). Zur Strahlerzeugung dient die Laserquelle 6. Zur Strahlformung wird eine bekannte Optik 7 eingesetzt. Die beiden Strahlteiler 8 lenken das von der Probenoberfläche reflektierte Streulicht auf die beiden Empfänger 4 und 5. Mit Hilfe des Mehrfachringdetektors 4 wird die radiale Intensitätsverteilung des Streulichtes detektiert, während mit dem ringförmigen Array 5 die azimutale Verteilung detektiert wird. Der Mehrfachringdetektor 4 ist aus einer Mehrzahl von kreisförmigen Detektorringen aufgebaut, vorzugsweise aus 15 kreisringförmigen Detektorelementen 11 mit einem Außendurchmesser des größten Detektorringes von 10 mm. Das ringförmige Array 5 ist aus einer Mehrzahl von kreisringförmig angeordneten Detektorelementen 12 aufgebaut, vorzugsweise aus 35 Detektorelementen 12 mit einem Außendurchmesser der kreisringförmigen Anordnung von 2 mm. Die gesamte Sensoreinheit 1 ist gegenüber der rotierenden Probenaufnahme (2) linear verschieblich über den Radius derselben angeordnet.
Eine definierte lineare Bewegung der Sensoreinheit wird durch Ankopplung an einen Linearmotor 9 realisiert. Durch gleichzeitige Drehbewegung des Probentisches 2 und lineare Bewegung der Sensoreinheit 1 werden die einzelnen Punkte der Oberfläche nacheinander mit dem Laserstrahl abgetastet.
Bezugszeichen
 1 Sensoreinheit
 2 Probenaufnahme
 3 Antriebsmotor
 4 Mehrfachringdetektor
 5 ringförmiges Array
 6 Laserquelle
 7 Optik
 8 Strahlteiler
 9 Linearmotor
10 Prüfling
11 Detektorelemente
12 Detektorelemente

Claims (5)

1. Lichtmeßanordnung zur Detektion von Oberflächendefekten, bestehend aus einer Laserquelle (6), einer rotierenden Probenaufnahme (2) zur Aufnahme des Prüflings (10) mit Antriebsmotor (3) und einer Sensoreinheit (1) mit zwei Empfängern, wobei der eine Empfänger als Mehrfachringdetektor (4) zur Detektion der radialen Lichtverteilung und der zweite Empfänger als ringförmiges Array (5) zur Detektion der azimutalen Verteilung ausgeführt ist, mit einer Einrichtung zur Strahlformung und einer Einrichtung zur Strahlteilung des Laserstrahles auf die Probe und des reflektierten Streulichts auf die Empfänger.
2. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (1) linear verschiebbar über dem Radius der rotierenden Probenaufnahme (2) angeordnet ist, wobei eine lineare Bewegung durch die Ankopplung der Sensoreinheit (1) an einem Linearmotor (9) realisiert ist, wobei vorzugsweise alle Bestandteile der Sensoreinheit (1) starr miteinander verbunden sind.
3. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Strahlformung mindestens eine Optik (7) und die Einrichtung zur Strahlteilung mindestens ein Strahlteiler (8) ist.
4. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachringdetektor (4) aus einer Mehrzahl von kreisförmigen Detektorringen aufgebaut ist, vorzugsweise aus 15 kreisringförmigen Detektorelementen (11) mit einem Außendurchmesser des größten Detektorringes von 10 mm.
5. Lichtmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Array (5) aus einer Mehrzahl von kreisringförmig angeordneten Detektorelementen (12) aufgebaut ist, vorzugsweise aus 35 Detektorelementen (12) mit einem Außendurchmesser der kreisringförmigen Anordnung von 2 mm.
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