FR2678061A1 - Procede et dispositif pour la mesure de couches minces. - Google Patents

Abstract

Procédé pour la mesure non destructive de l'épaisseur de couches minces avec une sonde (17), dans lequel a) la sonde comporte au moins deux dispositifs à bobine différents (18, 36) qui délivrent chacun des valeurs de sortie différentes pour le même problème de mesure; b) les valeurs de sortie des deux dispositifs à bobine (18, 36), délivrées pendant la mesure sont résolues dans un dispositif de calcul déterminant l'épaisseur de la couche à mesurer.

Description

La présente invention concerne un procédé pour la mesure non destructive

de l'épaisseur de couches minces avec une sonde, dans lequel un dispositif Z bobine est enroulé de manière à ne pas pouvoir se déplacer sur un noyau interne dont le centre géométrique coïncide avec le centre géométrique du dispositif à bobine, le dispositif à bobine étant conduit vers l'extérieur par un dispositif

de conduction auquel est raccordé un circuit d'exploi-

tation en vue du calcul de l'épaisseur de la couche partir de valeurs de sortie, le circuit d'exploitation

déterminant l'épaisseur de la couche L'invention con-

cerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît un procédé de ce type par exemple par les DE-OS-39 02 095, 34 37 253, 25 56 340, etc. Les procédés non destructifs destinés A la mesure

d'épaisseur de couches qui utilisent le procédé magnéto-

inductif ou à courants de Foucault largement répandu, reposent sur la variation d'un champ électromagnétique In basse ou haute fréquence, en fonction d'une couche appliquée sur l'objet à mesurer Le champ utilisé pour la mesure possède une extension spatiale et on se trouve donc en présence d'une dépendance non seulement 2 ' l'égard de l'épaisseur de couche, ce qui est voulu, mais aussi 8

l'égard de la forme de l'objet A mesurer.

Avec le procédé magnéto-inductif A basse fréquence qui est utilisé pour la mesure de couche non magnétique ou électriquement non conductrice sur un matériau de base

magnétique, la perméabilité de l'objet à mesurer consti-

tue une autre grandeur parasite entrant dans la mesure.

Dans les procédés à courants de Foucault qui sont utilisés essentiellement pour mesurer des couches électriquement non conductrices ou faiblement conductrices sur des métaux non ferreux, l'influence de la forme géométrique de l'objet à mesurer est nettement plus marquée Au lieu de la perméabilité qui, dans les métaux non ferreux, est pratiquement égale à 1, la conductibilité électrique du

matériau de base constitue une autre grandeur parasite.

Pour cette dernière, il existe depuis peu des possibili-

tés offertes par la technique des circuits permettant d'exclure ce facteur d'influence indésirable, dans un large domaine. Dans ces deux procédés, la forme géométrique de l'objet à mesurer demeure une grandeur d'influence non négligeable Dans la pratique, il est dore nécessaire de procéder à ce qu'il est convenu d'appeler un calibrage sur l'objet à mesurer Ceci s'effectue en ce qu'on mesure une valeur mesurée O tout d'abord sur l'objet à mesurer non recouvert de la couche puis sur un objet à mesurer dont la couche est connue qui est soit appliquée de manière fixe, soit simulée par une feuille placée sur l'objet à mesurer non recouvert Sur l'épaisseur de couche connue de l'objet è mesurer, on règle la valeur affichée correspondant à la valeur mesurée Ce calibrage

peut s'effectuer avec plusieurs couches pour une meil-

leure adaptation de la courbe caractéristique au problème de mesure qui se pose Etant donné qu'en règle générale, l'objet à mesurer n'est pas disponible sous sa forme non recouverte et qu'il présente souvent des formes très complexes, il est très difficile dans la plupart des cas de mesurer des épaisseurs de couche sur des surfaces concaves ou convexes L'une des possibilités permettant de réduire la grandeur d'influence géomrtrique est donnée par la forme de construction de la sonde de mesure Plus la sonde est petite, plus l'extension spatiale du champ de mesure est réduite et donc aussi la dépendance à l'égard de la forme géométrique de l'objet à mesurer Ces moyens sont toutefois limités car pour les épaisseurs de couche qui sont le plus concernées dans la pratique, entre O et 300 um, les sondes doivent être de dimensions si petites que leur réalisation n'est techniquement plus

possible.

L'invention a pour but d'éliminer, dans un domaine étendu, la dépendance indésirable de la valeur mesurée à l'égard de la forme géométrique de l'objet à mesurer, par un dispositif En même temps, la forme de construction de la sonde de mesure doit pouvoir encore être facilement réalisée d'un point de vue technologique et présenter une grande sensibilité dans la plage de mesures concernée

dans la pratique, soit environ entre O et 500 gm.

Ce but est atteint avec le procédé suivant l'inven-

tion en ce que la sonde comporte au moins deux disposi-

tifs à bobine différents qui délivrent chacun des valeurs de sortie différentes pour le même problème de mesure et en ce que les valeurs de sortie des deux dispositifs A bobine, délivrés pendant la mesure sont résolues dans un dispositif de calcul suivant l'épaisseur de couche t En ce qui concerne le dispositif, ce but est atteint par le fait qu'il comporte deux dispositifs à bobine différents qui voient différemment la couche mince et la couche de

métal se trouvant sous celle-ci.

Il est à noter que dans cette technique, la couche à mesurer n'est pas mesurée contre l'air mais qu'elle

repose toujours sur un matériau dle support.

Les couches minces visées ici se situent entre O et quelques centaines de micromètres, mais elles peuvent avoir aussi par exemple une épaisseur allant jusqu'à 15 mm lorsqu'il s'agit de mesurer par exemple des cc uces ce

bitume ou de céramique.

Si l'on mesure de manière magcrltc-irneuctive, c'est-à-dire "à basse fréquence" dans le langage de cette

technique, il faut deux enroulements, à savoir un enrou-

lement d'excitation et un enroulement d'induction, tels que les enroulements 33, 36 du DE-OS 34 37 253 La gamme de fréquences se situe dans ce cas entre 20 Hz et 1 k Hz environ Si l'on mesure selon le procédé à courants de Foucault, il faut une seule bobine car celle-ci se situe dans le circuit oscillant d'un oscillateur et varie suivant l'atténuation de sa fréquence La gamme de

fréquences utilisée se situe ici entre 100 k Hz et 10 M Hz.

Si l'on mesure en très haute fréquence, on peut

utiliser des résonateurs A cavité ouverts vers l'objet à.

mesurer qui engendrent dans cette gamme de fréquences, un champ magnétique analogue A une bobine Dans ce cas, la gamme de fréquences peut se situer grossièrement entre

M Hz et 10 G Hz.

Un "dispositif A bobine" au sens donné ici, peut donc être une bobine unique, être constitué par deux bobines ou plus, peut être un composant très haute fréquence qui engendre un champ magnétique, et peut être réalisé dans une technique multi-couche ou une technique similaire. Diverses autres caractéristiques de l'invention

ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui

suit.

Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non

limitatifs, aux dessins annexés.

La figure 1 est une vue en coupe transversale,

fortement agrandie mais ' l'échelle, de la partie infé-

rieure d'une sonde qui, pour le reste n'est pas représen-

tée; La figure 2 est une vue éclatée d'un exemple de réalisation tout n' fait similaire; La figure 3 est un diagramme destiné 4 illustrer l'invention; La figure 4 représente un dispositif de calcul pour l'invention; La figure 5 est un premier tableau qui représente ce que permet d'obtenir l'invention, et

La figure 6 est un deuxième tableau similaire.

Une sonde 11 sert R mesurer selon le principe des courants de Foucault Elle possède un axe longitudinal géométrique 12 Coaxialement a celui-ci il est prévu un noyau 13 en ferrite dont le diamètre extérieur est de 1, 4 mm Cette cote permet d'en trouver d'autres A sa partie inférieure, il est réduit, par un gradin 14, à un noyau de bobine 16 qui présente P' sa partie inférieure une calotte de mise en place 17 réalisée dans un matériau résistant à l'usure par friction Sur le noyau de bobine 16 est placée une bobine 18 en fil de cuivre dont les deux fils de raccordement 19, 21 sont guidés vers le haut et qui dans la mesure o ils traversent le noyau 13 -

s'étendent dans une rainure longitudinale 22 du noyau 13.

Les fils de raccordement 19, 21 sont protégés par un écran 23 représenté de manière symbolique et fixés à leur partie supérieure, sur des contacts 24, 26 d'une plaque de raccordement 27 qui est fixée rigidement, de manière non représentée, sur le corps de sonde lui-même non représenté. Le centre du champ magnétique de la bobine 18 et le centre du noyau de bobine 16 coïncident avec l'axe longitudinal géométrique 12 qui traverse la surface de la

calotte de mise en place 17, exactement en son centre.

Coaxialement à l'axe longitudinal géométrique 12 est placée une douille extérieure 28 en ferrite dont la face frontale 29 inférieure en anneau de cercle est perpendiculaire à l'axe longitudinal géométrique 12 et se termine juste au-dessus de la calotte de mise en place 17 Au-dessus du noyau 13 est formé une cavité 31 dans laquelle les fils de raccordement 19, 21 sont protégés mécaniquement et électromagnétiquement Entre la paroi

intérieure 32 cylindrique circulaire et la paroi exté-

rieure de même forme du noyau 13, se trouve une fente, non représentée au dessin, qui permet un déplacement relatif le long de l'axe longitudinal géométrique 12,

mais qui est négligeable en tant que résistance magnéti-

que Environ à mi-hauteur, la douille extérieure 28 possède un gradin 33 dirigé vers l'intérieur Il en résulte un tube de bobine 34 cylindrique circulaire et

coaxial à l'axe longitudinal géométrique 12, dont l'épais-

seur de paroi est réduite de moitié environ Sur ce tube est placée une bobine 36 en fil de cuivre mince dont le champ magnétique coïncide en son centre avec celui de l'axe longitudinal géométrique 12 Les fils de raccordement 37, 38 de la bobine 39 sont guidés vers les contacts 41, 42 de la plaque de raccordement 27, dans une

rainure longitudinale 39 ouverte vers l'extérieur.

Une douille formant écran 43 en matériau magnêti-

sable, hautement perméable, est coaxiale à l'axe longitu- dinal géométrique 12 et est un cylindre de section circulaire Une fente placée entre la paroi intérieure 44, la douille formant écran 43 et la paroi extérieure 46 de la douille extérieure 28, est négligeable en ce qui concerne sa résistance magnétique, mais autorise un déplacement relatif guidé de la douille formant écran 43 sur la douille extérieure 28 La face frontale inférieure 47 est perpendiculaire à l'axe longitudinal géométrique 12 et autorise la sortie vers le bas de la face frontale 29 et donc aussi de la calotte de mise en place 17 A sa partie supérieure, la douille formant écran 43 se termine

avec la douille extérieure 28 Tous les éléments déplaça-

bles les uns par rapport aux autres peuvent être assemblés entre eux, par exemple avec de la colle, de manière h ne

plus pouvoir bouger après ajustage.

Cette construction réalise entre autres deux fentes annulaires 48, 49 cylindriques circulaires, c 1 aris lesquelles sont logées les bobines 18, 36 enroulées sui

toute la hauteur disponible.

Le deuxième exemple de réalisation selon la figure 2 diffère de la construction qui vient d'être décrite uniquement par le fait qii'jçe J 'les 1,cdhxes 5 ", 5 or't ure section transversale 53, 54 rectangulaire La sectior transversale 54 selon la figure 2 est plus étroite que la

section transversale 53.

On pourrait prévoir aussi les fentes annulaires 48, 49 d'une seule pièce dans un noyau en pot Mais on ne connaît actuellement pas de noyaux en pot qui seraient fabriqués en série et qui donc seraient suffisamment bon marché et qui, en même temps, présenteraient la stabilité dimensionnelle et la coaxialité nécessaires en ce qui

concerne l'axe longitudinal géométrique 12.

Si l'objet à mesurer diffère de la forme plane avec extension à l'infini, on se trouve alors en présence d'une influence dite géométrique L'écart par rapport à la forme plane indiquée, a une plus grande influence sur la bobine extérieure 36 que sur la bobine intérieure 18. La bobine extérieure 36 délivre un signal qui est utilisé pour compenser l'influence géométrique sur la grandeur mesurée. Ceci est réalisé par excitation die la bobine 18

avec une autre fréquence que celle de la bobine exté-

rieure 36 Les fréquences sont dans un rapport de 1:2 e 1:10, la bobine intérieure 18 étant opportunément excitée avec la fréquence plus élevée On dispose ainsi de deux signaux de fréquence différente qui peuvent être décodés avec des circuits appropriés La figure 3 représente les courbes caractéristiques, nécessaires à la compréhension, d'une sonde à courants de Foucault qui est conçue pour la mesure de couches non conductrices électriquement ou faiblement conductrices sur un métal non ferreux La grandeur de mesure normalisée s'obtient en déterminant des valeurs de référence électrique sur un échantillon de référence à surface plane qui, par rapport aux dimensions de la sonde, doit être considéré comme infiniment grand et qui présente une conductibilité de 10 à 60 m S/m Ces valeurs de mesure peuvent se présenter sous la forme de tensions ou encore sous la forme de signaux codés en fréquence La bobine intérieure 18 fournit, avec làn système de mesure placé sur la surface de référence plane, la valeur de mesure x 01 qui est mémorisée Dans la bobine de compensation extérieure, on stocke dans une autre mémoire une deuxième valeur de mesure x 02 En relevant la sonde de la surface de référence plane, on obtient une autre paire de valeurs de mesure xsl, xs 2 qui sont mémorisées à leur tour sous la forme de valeurs dites de saturation, xs, appartenant A la bobine 18 et xs 2 à la bobine 36 La distance de l'objet a mesurer doit être suffisament grande pour qu'aucune influence due ë celui-ci ne soit plus perceptible En règle générale, cette distance est égale à environ quatre fois le diamètre de la bobine 36 On considère qu'il y a surface de référence plane de grandeur infinie lorsque celle-ci possède un diamètre environ trois fois supérieur A celui de la douille formant écran 43 On dispose donc ainsi de quatre valeurs de référence x,1, x, pour la bobine 18 et x 2, x,2 pour la bobine 36 Les signaux xl de la bobine 18 et x 2 de la bobine 36 se situent donc toujours entre les valeurs limites x 01 et xsl ou x 02 et x 2 et sont normalisés de façon connue, de la manière suivante

X 1 X

xi o 11 x = ni - Xsi Xol

X

pour la bobine 18, ainsi que x 2 x 02 Xn 2 -2

pour la bobine 36.

Les grandeurs de mesure ainsi normalisées sont

représentées de façon semi-algorithmique à la figure 3.

On a porté en abscisse la grandeur de mesure normalisée respective et en ordonnée le logarithme pour la base 10 de l'épaisseur de couche La courbe désignée par 56 appartient à la bobine intérieure 18, celle désignée par 57 a la bobine extérieure 36 après étalonnage sur le plan de grandeur infinie Par définition, la valeur de mesure normalisée se situe entre O et 1, les deux courbes 56 et 57 se rapprochent de manière asymptotique des valeurs limites O et 1 Comme on le voit aisément, la courbe caractéristique 57 appartenant c la bobine extérieure 36 se situe nettement au-dessus de la courbe caractéristique 56 de la bobine intérieure 18 Si l'on place la sonde Il sur un objet à mesurer concave, on obtient les courbes caractéristiques désignées par 58 et 59 auxquelles appartiennent les asymptotes 61 et 62 pour les épaisseurs de couche 0 La courbe caractéristique 58 appartient à la bobine 18 et la courbe 59 à la bobine 36 Pour une épaisseur de couche de grandeur infinie, l'asymptote est pour les deux bobines, l'ordonnée perpendiculaire à la valeur d'abscisse 1, puisque les bobines 18, 36 à l'état relevé, ne détectent plus s'il y avait auparavant un objet à mesurer concave ou plan Si l'on veut constater la valeur de la grandeur d'influence systématique pour une épaisseur de couche t et une courbure concave (dans le cas présent, un cylindre de 6 mm de diamètre), on porte à la figure 3, pour l'épaisseur de couche de 30 pm choisie arbitrairement, la valeur d'ordonnée correspondante qui coupe la courbe 58 au point 63 L'écart par rapport au plan peut être déterminé en dressant en 63 la verticale qui coupe la courbe 56 appartenant A l'objet à mesurer plan, au point 64 Sans correction, la valeur de mesure tl correspondant au point 64 serait indiquée Le parcours

66 est ainsi identique à l'épaisseur de couche supplémen-

taire simulée par la courbure concave de l'objet à mesurer (cylindre de 6 nm de diamètre) La valeur de

mesure t 1 appartenant en 64 As la bobine de mesure inté-

rieure obéit, comme on le voit aisément à la relation t 1 = t + c Ce même raisonnement peut être suivi pour les courbes caractéristiques 57, 59 qui appartiennent à la bobine extérieure 36 La valeur de mesure correspondant à la même épaisseur de couche coupe la courbe 59 au point 67 et il est possible de déterminer, sur la courbe 57 correspondant à l'objet à mesurer plan, la valeur de mesure t 2 lue au point 68 Comme on le voit, la grandeur d'influence déterminée par la courbure c Z (xn) ( 1) est nettement supérieure à celle de la bobine 18, comme on pouvait s'y attendre On peut donc écrire les deux équations suivantes: t 1 = t + c ( 2 a) t 2 = t + cz(xn) ( 2 b)

Le facteur z(x n) est dans une première approxima-

tion une grandeur à peu près constante, c'est-à-dire un facteur constant dépendant du rapport des diamètres des bobines 18, 36 A partir de ces deux équations, on peut éliminer la grandeur d'influence systématique, gênante, dépendant de la géométrie de l'objet à mesurer et écrire l'équation suivante: t 2 -ti tcorr i 3 z(x) 1 Au lieu de t, on écrit tcorr, puisque z(x n) n'est jamais exactement constant, au sens mathématique, pour

toutes les grandeurs d'influence.

Dans cette formule, t 1 et t 2 signifient par définition les valeurs de mesure pour l'épaisseur de couche t quelconque, correspondant aux courbures convexes ou concaves identiques, valeurs qui ont été délivrées par la bobine 18 et la bobine 36 Si l'on mesure sur le plan, par définition on a t 1 = t 2 et donc dans l'équation ( 3), le terme à soustraire = 0 Dans ce cas particulier, l'épaisseur de couche t mesurée correspond A la valeur de mesure t 1 de la bobine 18 Plus la différence t 2 t 1 est grande, plus le nombre à soustraire est grand, comme on le voit facilement, car chaque courbure convexe simule il une couche supplémentaire par rapport au plan Etant donné que le facteur numérique z(x) prend une valeur de 12 environ pour un rapport d'environ 2 de la bobine 36 à la bobine 18, cette grandeur n'est pas critique Une valeur numérique fixe pour z autorise déjà, dans la plage 0 <x< 0,6, une réduction de 20 à 100 fois de l'influence systématique, pour un diamètre d'une surface courbe cylindrique qui correspond environ au diamètre de la

bobine 36 Avec une valeur double de celle-ci, la compen-

sation est possible de manière pratiquement idéale avec

un facteur numérique z constant.

Pour éliminer une erreur de deuxième ordre, on peut calculer z en fonction de xni ou xn 2 * On choisira opportunément xnl C'est pourquoi on n'utilise plus que la forme xn Comme il a déj A été décrit, ceci découle du

mode d'écriture z(x n) La fonction z(x n) peut se présen-

ter par exemple comme suit: z(Xn)=zo( -xn) 2 < p < 5; 0,2 < " 06 ( 4) Etant donné que z(xn) > 1 on peut écrire après différenciation de l'équation ( 3) l'approximation suivante t 2t 1 A z(xn) t= ( 5) z(x) z(xn) Comme il a été dit, la variation relative z(x n)/z(xn) est réduite en fonction de xn et conduit,

comme il ressort de l'équation ( 4) à une erreur A t négli-

geable en fait, dans le domaine concerné par la technique de mesure de x= O à 0,6 Etant donné que la différence t 2 t 1 est atténuée par z(xn) ainsi que par l'écart relatif, une très bonne compensation de courbure est possible de même dans le domaine moins important de xn 0,6, en tenant compte de l'équation ( 4), puisque, comme il ressort de l'équation ( 5), le produit des deux quotients détermine l'erreur résiduelle de deuxième ordre. Les courbes caractéristiques représentées à la

figure 3 ont pour base un diamètre de la bobine int A-

rieure 18 d'environ 1,5 mm et de la bobine extérieure 36 d'environ 3 mm Avec une sonde 11 de ce type, il est possible de mesurer sans peine des épaisseurs de couche allant jusqu'à 1 500 gm, en compensant la courbure Si l'on augmente le syst 4 me linéairement, la plage de mesures augmente d'autant Mais la possibilité de compenser la courbure diminue d'autant De même, pour la sensibilité

de mesure pour les couches minces.

Les figures 5 et 6 qui se rapportent aux courbes caractéristiques de la figure 3, montrent les résultats excellents que l'on peut obtenir avec le dispositif décrit suivant l'invention En l'état actuel de la technique numérique, il est tout -A fait possible, par utilisation de microprocesseurs, de traiter l'algorithme mathématique en quelques fractions de seconde, ce qui fait que la formation de la valeur mesurée n'est pas gênée par des algorithmes supplémentaires Avec le dispositif suivant l'invention, on approche de très près l'idéal d'une mesure indépendante de la courbure après étalonnage sur le plan Etant donné que l'objet > mesurer n'est disponible dans la plupart des cas que recouvert de la couche et qu'un étalonnage sur un materiau de référence plan est possible sans difficulté, à des fins de contrôle, les méthodes de mesure sont considérablement simplifiées

pour l'utilisateur.

On a indiqué a gauche de la figure 5 l'épaisseur de couche de consigne, c'est-à-dire l'épaisseur de couche effective en Hem Si l'on n'avait que la bobine 18, on mesurerait des épaisseurs de couche de 79,3, 103,2, etc. Qm Des valeurs de mesure seraient indiquées qui seraient supérieures du facteur 3 2 à la véritable valeur de mesure, pour un cylindre de 6 mm de diamètre La colonne suivante représente l'épaisseur de couche de 26,4, 49,5, etc, pouvant être obtenue par l'invention Dans la colonne tout à fait à droite, on a représenté la diffé- rence entre l'épaisseur de couche corrigée et l'épaisseur de couche de consigne en im Comme on le voit, on obtient grâce l'invention une compensation presque totale de

l'influence de la courbure.

Tandis que la figure 5 représente le cas dans lequel un objet ' mesurer de diamètre constant, à savoir 6 mm, est recouvert de couches d'épaisseur différente, la figure 6 représente la variante avec diamètre différent en Am pour une épaisseur de couche constante de 49/,m Là encore, on peut voir l'amélioration considérable que

l'invention permet d'obtenir.

La figure 4 représente un diagramme pour le calcul de l'épaisseur de couche t O corrigée à partir des valeurs de mesure x 1 et x 2 des bobines 18 et 36 Les deux cases aux angles arrondis désignent des mémoires de programme dans lesquelles à gauche la valeur de mesure x 01 est mémorisée pour l'objet à mesurer plan, non recouvert et la valeur de mesure x 51 est mémorisée pour l'épaisseur de couche de saturation et ce, pour la bobine 18 La même chose est indiquée à droite pour la bobine 36 Cette

formule de calcul est indiquée dans la description On

obtient ainsi xnl et xn 2, ce qui fait que la grandeur de mesure ne peut se déplacer qu'entre O et 1, comme le montre la figure 3 A gauche, la grandeur de mesure normalisée xnl est reliée aux paramètres de la bobine 1, c'est-3-dire que dans cette mémoire de programme, se trouve le parcours de la courbe 56 Par enchaînement, on obtient l'épaisseur de couche t 1 qui se trouve aussi à la

figure 3.

Il en va de même par analogie à droite, c'est-à-

dire que dans la mémoire de programme "paramètres bobine 2 ", on a mémorisé le parcours de la courbe 58 A droite, on a formé la différence t 1 t 2 A une même hauteur > gauche, le paramètre pour z se trouve dans une mémoire de programme Ce paramètre est pratiquement constant, par exemple égal au nombre 12 et ne présente une variation sensible que dans le domaine supérieur de la grandeur de mesure normalisée Les autres enchaînements peuvent être facilement réalisés A l'aide des formules Comme le montre l'équation ( 3), il faut encore relier t 1 au quotient figurant dans cette formule, de manière

parvenir ? l'épaisseur de couche t corrigée qui est -

c égale ' t dans l'équation ( 3) et qui se trouve dans la

deuxième colonne de droite, aux figures 5 et 6.

A la figure 4, les encadrements rectangulaires signifient des valeurs de mesure ou des résultats de calcul Les encadrements à angles arrondis signifient des

paramètres qui sont mémorisés dans la mémoire de pro-

gramme Ces paramètres sont soit imposés de manière fixe, soit ont été préalablement déterminés par la mesure Les

cercles indiquent une opération de calcul.

La faible correction du facteur de calcul z(xn) peut se faire soit en fonction de x ni (comme représenté s la figure 3), soit en fonction de xn 2 e Etant donné que l'épaisseur de couche et notamment l'épaisseur de couche corrigée est une fonction de xni, il convient de procéder ' la correction de z(x n) en fonction de xni,

L'invention est susceptible de nombreuses varia-

tions Le calcul de l'épaisseur de couche corrigée tcorr

ne doit pas nécessairement se faire par une normalisa-

tion On peut aussi enregistrer les courbes sans normali-

sation puis calculer ultérieurement, ce qui, avec les

dispositifs de calcul moderne, ne pose aucun problème.

L'avantage de la normalisation réside dans le fait que l'on peut procéder un calibrage sur un objet à mesurer plan, non recouvert, dont la vérification ne doit se

faire qu'y des intervalles de temps importants.

Ce qui précède montre que l'invention se résume à un procédé dans lequel: a) la sonde comporte au moins deux dispositifs à bobine différents qui délivrent chacun des valeurs de sortie différentes pour le même problème de mesure; b) les valeurs de sortie des deux dispositifs S bobine, délivrées pendant la mesure sont résolues dans un dispositif de calcul suivant l'épaisseur de couche t; et en ce que la grandeur de sortie de chaque dispositif à bobine est du type d'une équation à deux inconnues, en ce que la grandeur de sortie d'un dispositif à bobine est du type: t 1 = x 1 + t t 1 étant la valeur mesurée, Z une constante et t l'épaisseur de couche recherchée et la grandeur de sortie de l'autre dispositif à bobine est du type t 2 = 2 + t t 2 étant la grandeur mesurée et A 2 la constante; en ce que: l = c et 2 = c,z(xn)

z étant une constante et x N une grandeur mesurée normali-

sée du dispositif à bobine considéré; et en ce que:

les courbes caractéristiques grandeur mesurée/-

épaisseur de couche pour un problème de mesure plane sont mémorisées dans le dispositif de calcul, les courbes caractéristiques sont mémorisées sous une forme dans laquelle la grandeur mesurée est normalisée, la grandeur mesurée est normalisée dans un domaine compris entre O et 1 (O et 1000), les deux dispositifs à bobine ont un diamètre

moyen différent.

Ce procédé est mis en oeuvre par un dispositif qui comporte deux dispositifs à bobine différents qui voient différemment la couche mince et la couche de métal se

trouvant sous celle-ci.

Ce dispositif se caractérisant principalement en ce que: les dispositifs àbobine comportent des bobines de fil enroulé, les dispositifs à bobine sont des composants haute fréquence qui engendrent des champs magnétiques en faisceau, les dispositifs à bobine sont concentriques 2 A l'axe médian géométrique de la sonde, les dispositifs à bobines sont circulaires, les corps de bobine ont une section transversale rectangulaire allongée constante, l'un des dispositifs à bobine est placé, dans le

cas d'un fonctionnement magnéto-inductif è basse fré-

quence, sur un noyau en fer très perméable, le fer est du fer au silicium, l'un des dispositifs à bobine est placé, dans le cas d'un fonctionnement sur le principe des courants Foucault a haute fréquence, sur un noyau en matériau ferritique, l'un des dispositifs A bobine est placé, pour un fonctionnement à haute fréquence, sur un matériau non conducteur (céramique, matière plastique),

dans le cas d'un fonctionnement ^ basse fré-

quence, il est prévu entre les deux dispositifs I bobine, un écran qui est réalisé dans un fer hautement perméable, notamment du fer au silicium,

dans le cas d'un fonctionnement à haute fré-

quence, l'écran est en matériau ferritique

dans le cas d'un fonctionnement à haute fré-

quence, l'écran est réalisé dans un matériau bon conduc-

teur (cuivre, argent), l'écran est déplaçable, l'écran est une paroi en anneau de cercle qui est concentrique à l'axe géométrique de la sonde, il est prévu une douille d'écran passant sur le dispositif à bobine extérieur, une partie au moins de la sonde est déplaçable par rapport à d'autres parties de celle-ci, S des fins de compensation,

au moins un noyau interne et une douille exté-

rieure sont d'une seule pièce et en ce que les logements destinés au dispositif à bobine sont ménagés dans la

masse.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour la mesure non destructive de l'épaisseur de couches minces avec une sonde, dans lequel un dispositif l bobine est enroulé de manière à ne pas pouvoir se déplacer sur un noyau interne dont le centre géométrique coïncide avec le centre géométrique du dispositif A bobine, le dispositif ' bobine étant conduit vers l'extérieur par un dispositif de conduction auquel est raccordé un circuit d'exploitation en vue du calcul de l'épaisseur de la couche I partir de valeurs de sortie, le circuit d'exploitation déterminant l'épaisseur de la couche, caractérisé par les caractéristiques suivantes: a) la sonde comporte au moins deux dispositifs à bobine différents qui délivrent chacun des valeurs de sortie différentes pour le même problème de mesure; b) les valeurs de sortie des deux dispositifs â bobine, délivrées pendant la mesure sont résolues dans un

dispositif de calcul suivant l'épaisseur de couche t.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur de sortie de chaque dispositif à

bobine est du type d'une équation t deux inconnues.

3 Procédé selon la revendication 2, caractérisa en ce que la grandeur de sortie d'un dispositif à bobine est du type: t 1 = D 1 + t

tl étant la valeur mesurée, 4 \ une constante et t l'épa-

isseur de couche recherchée et la grandeur de sortie de l'autre dispositif N bobine est du type t 2 = 2 + t t 2 étant la grandeur mesurée et

Z la constante.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est posé: 1 = c et 2 =c, Z(xn)

z étant une constante et xn une grandeur mesurée normali-

sée du dispositif bobine considéra.

Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que les courbes caractéristiques grandeur mesu-

rée/épaisseur de couche pour un problème de mesure plane

sont mémorisées dans le dispositif de calcul.

6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les courbes caractéristiques sont mémorisées sous une forme dans laquelle la grandeur mesurée est

normalisée.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la grandeur mesurée est normalisée dans un

domaine compris entre O et 1 ( O et 1000).

8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux dispositifs N bobine ont un diamètre

moyen différent.

9 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé

selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com-

porte deux dispositifs è bobine différents qui voient différemment la couche mince et la couche de métal se

trouvant sous celle-ci.

Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que les dispositifs > bobine comportent des

bobines de fil enroulé.

11 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que les dispositifs à bobine sont des compo-

sants haute fréquence qui engendrent des champs magnéti-

ques en faisceau.

12 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que les dispositifs à bobine sont concentri-

ques l'axe médian géométrique de la sonde.

13 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que les dispositifs A bobine sont circulaires.

14 Dispositif selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que les corps de bobine ont une section transversale rectangulaire allongée constante.

Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que l'un des dispositifs A bobine est placé, dans le cas d'un fonctionnement magnéto-inductif A basse

fréquence, sur un noyau en fer très perméable.

16 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le fer est du fer au silicium.

17 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que l'un des dispositifs t bobine est placé, dans le cas d'un fonctionnement sur le principe des courants de Foucault N haute fréquence, sur un noyau en

matériau ferritique.

18 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que l'un des dispositifs A bobine est placé, pour un fonctionnement haute fréquence, sur un matériau

non conducteur (céramique, matière plastique).

19 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 9 18, caractérisé en ce que dans le cas d'un fonctionnement l basse fréquence, il est prévu entre les deux dispositifs A bobine, un écran qui est réalisé dans

un fer hautement perméable, notamment du fer au silicium.

Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que, dans le cas d'un fonctionnement haute

fréquence, l'écran est en matériau ferritique.

21 Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que dans le cas d'un fonctionnement dû très haute fréquence, l'écran est réalisé dans un matériau bon

conducteur (cuivre, argent).

22 Dispositif selon la revendication 21, caracté-

risé en ce que l'écran est déplaçable.

23 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 19 A 22, caractérisé en ce que l'écran est une paroi en anneau de cercle qui est concentrique 3 l'axe

géométrique de la sonde.

24 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce qu'il est prévu une douille d'écran passant sur le dispositif, bobine extérieur.

Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce qu'une partie au moins de la sonde est dépla-

çable par rapport d'autres parties de celle-ci, t des

fins de compensation.

26 Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce qu'au moins un noyau interne et une douille extérieure sont d'une seule pièce et en ce que les logements destinés au dispositif ^ bobine sont ménagés

dans la masse.