JPH05505671A - 光学検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ″′およびその 本発明は、粒子状物質のサンプルの光学検査、特に、そのようなサンプルを準備 して、光学検査にかけることに関する。

光学検査は、粒子状物質の特性、例えば、色および反射率を決定するために使用 される。光学特性測定の応用の１つに、研磨材に使用される合成ダイアモンド結 晶の表面特性を観察することが特に挙げられる。既知の測定システムの１つを例 に挙げると、サンプルをポット、即ち、オーブン；ンテナーに入れ、物質の露出 面を適切な光学測定装置を用いて検査する。通常、サンプルの表面は平坦ではな く、測定装置に対するそのサンプルの高さは、粒子のサイズに応じて一定ではな い。のこぎりでひいたダイアモンド研磨材の場合、各サンプルを特定のサイズ範 囲から選択したとしても、サンプル内の粒子のサイズと形状は様々である。結果 として得られるサンプルの表面が平坦でないことと、測定装置に対するサンプル の表面の高さが一定でないことにより、測定結果の精度および再現性が著しく劣 る。そして、１つのサンプルの測定値と、その他のサンプルの測定値とは容易に 比較できない。本発明の目的は、粒子物質の光学検査測定の再現性および精度を 向上させることにあり、特に、サンプルの、光学検査方法を向上させることにあ る。

本発明の１つの局面は、粒子物質のサンプルを＊備する方法を提供することであ り、その方法は、該物質をオーブンコンテナー内に配置する工程と、参照表面を 所定位置に提供する工程と、該コンテナーを移動させ、それによってその中の該 粒子物質の露出表面を該参照表面と直接に接触させる工程と、このようにして設 定した位置に該コンテナーを保持する工程と、該参照表面を除去する工程と、を 包含し、それによって、実質的に平坦で、該参照表面によって規定された所定位 置に配置された露出表面を有するサンプルが提供される。

本発明のもう１つの局面は、粒子物質を光学検査する装置を提供することであり 、その装置は、支持体と、該支持体に対して高さが移動するように搭載されたオ ーブンサンプルコンテナーと、該支持体に対して一定の高さに配置される下面を 有し、該コンテナー内に予め配置された粒子物質のサンプルが、該下面と接触す るように持ち上げられる参照部材と、このような接触によって規定される位置に 該コンテナーを保持するための手段と、を有し、該参照部材が、所定位置にある コンテナーから移動されて、その位置にあるサンプルの露出表面を続けて光学検 査できる。

本発明のさらにもう１つの局面は、粒子物質の光学検査装置を提供することであ り、その装置は、本体と、該物質のサンプルを収容するための、該本体内に移動 可能に支持されるコンテナーと、下側に参照および圧縮表面を有し、該コンテン ナーの上方に該表面が所定位置になるように配置可能な参照部材と、該参照部材 がこのように配置される際に、サンプルを収容するコンテナーを、該サンプルが 該表面の方へと付勢されるように該参照部材へと移動させるための手段と、該参 照部材が除去されるときに、上述のように規定された位置に該コンテナーを保持 して、圧縮され平坦なサンプル表面を光学検査のために露出させる手段と、を有 する。

好ましくは、参照部材または参照面は、サンプル表面の位置を定めるためと、サ ンプルを圧縮して、サンプルの表面を平坦にするために使用される。従って、サ ンプルは、通常、ある一定圧力の下で、参照部材に付勢される。

好ましい改良によると、光学検査装置および参照部材のそれぞれのキャリヤーは 、本体または支持体上に交換可能に搭載され、参照部材は、サンプルが所定の位 置にセットされた後、取り除かれ、光学装置と入れ代わる。そして、サンプルの 露出面に対する光学装置の位置は、常に、参照部材の位置によって定められた一 定の関係となっており、特に、サンプルの表面に対する光学装置の高さは、常に 、一定である。

本発明によると、サンプルの表面は、常に、一定の高さにあり、サンプルの表面 は、平坦となる。その結果、光学測定の精度および再現性は、著しく同上する。

本発明を、図面を参照しながら更に詳細に説明する。

図１は、サンプル調製物または圧縮へラドが定位置にある、図２の縦直径面Ｂ− Ｂに沿って切った、装置の断面図を示す。

図２は、図１の面Ａ−Ａに沿って切った、断面図を示す。

図３は、光学測定ヘッドを示す。

図示した装置は、円筒形の本体１を有し、その下部領域には、上部領域に設けら れた同軸チャンバー５に開口している同軸状管の縦穴３がある。チャンバー５は 、その頂部が開口している。

本体の上端部は、外縁溝７を有している。この上端部には、図１に示すような、 取り外し可能な圧縮へラド９または図３に示すような、取り外し可能な測定ヘッ ドが取り付けられる。

これらのヘッドは、それぞれ、溝７にしっかりと嵌合するようにぶら下げられた 環状フランジ１７が設けられた円形のカバーまたは支持プレート１３．１５を有 している。本体の環状になった最上面には、３つのボール１９が、本体の鉛直な 中心軸に対して等しい角度、等しい間隔で設けられており、３点でカバープレー ト１３または１５を固定している。これらのボールと、フランジ１７および溝７ との相互作用によって、圧縮ヘッドおよび測定ヘッドが、常に、正確に本体の同 一の位置、特に、同一の高さに確実に据えられる。

これらのヘッドは、それぞれ、中央に開口部を有している。

測定へラド１１の中央開口部には、中心軸に対してそれぞれ４５°の角度で設置 させた赤外線ＬＥＤ２１と、チャンバー５のサンプルポット２５に載置されたサ ンプルを光学検査するために中心軸上に設けられた検出器２３と、を有する測定 ユニットが備えられている。

サンプルが色を変化させるという事実に基づいて、赤外線照射が反射率の測定の ために使用される。スペクトルの赤外線領域の使用によりすべての色が「灰色」 に現れると、測定に際しては、この色は無視しなければならない。これは、サン プルが変色したか、あるいは色が混合したものと思われる。

しかし、測定には同等影響はない。

光学測定装置の精度は、測定の性質に依存される。例えば、もし、変色がモニタ ーされるならば、発光装置は可視光を放射してもよい。適切な光学測定装置は公 知であるので、これに関する説明は省略する。

サンプルポット２５を支持するために基部に設けられた手段、および圧縮へブト ９は、ボット２５内のサンプルが、できるだけ−貫して測定ヘッドに提供される ことを確実にするように、特に、サンプル中の構成粒子が平坦化されて、その露 出上面が、常に、同一の高さを提供することを確実にするように、設計されてい る。

縦穴３内には、ガイドスリーブ２７が設けられている。ガイドスリーブ２７内に は、上下方同にスライド可能なプランジャ２９があり、本体の基部に設けられた 圧縮ばね３１によってプランジャ２９が上方へ付勢されている。

プランジャ２９の上端部には、同心円状に直立した環状のフランジ３５を備えた 水平支持プレート３３があり、この水平支持プレート３３は、サンプル米１ト２ ５の位置決めシートを形成している。フランジ３５は、角のある間隔をあけて設 けられた割り込み部を宵する内側へ湾曲したリップを有しており、サンプルポッ トの基部には、この割り込み部に対応した間隔の突起３７があり、この突起３７ は、すｌブ内の割り込み部を通って挿入されて、サンプルポ、）の回転によって 、差込み連結様式で、リップの下部に係合される。プレート３３の上面には、等 角度の間隔で、３つの支持ボール３９が設けられており、この支持ボール３９は 、フランジのリップの下側に密着して突起３７を支持し、サンプルポット２５は 、プランジャ２９に対して上下に移動されない。

プレート３３の周縁部は、環状のゴムシーリングガスケ・１ト４１によって、チ ャンバー５の基部にある肩部に連結されており、従って、チャンバー５の上部領 域は、その下部領域からシールされるとともに、縦穴３およびプランジャ２９か らもシールされ、プランジャとそれに付随する部材が、チャンバ５内にこぼれた サンプル粒子によって汚されないようになっている。

ハンドル４５を備えたほぼ水平のレバー４３は、本体内の水平通路を通って延び ており、水平ピボットビン４９によって、プランジャ２９の上部領域に連結され ている。

縦穴３に隣接したレバーの上側は、通路４７の上部領域内にて水平支点５１に対 して載置されている。ビボｙトビン４９に対してこの支点の反対側では、レバー は、本体１の下部領域に搭載されている空気圧ダンパシリンダ、すなわち鉛直軸 を冑するダッシュポット５５のピストンロッド５３上に載置されて、カップリン グされている。

ばね３１が、プランジャ２９を上方へ付勢すると、レバーの外側領域は、支点５ １を中心に下方へ回動して、ピストンロッド５３を空気圧フリツプ５５の方へ押 圧する。このばねの作用によって、プランジャ２９の上方へ動きを制限している 。プランジャ２９を下降させるには、ハンドル４５を手動で持ち上げる。シリン ダ５５は、この動きを妨げない。

Ｌ／　バー４３は、本体１の穴をスライド可能であって通路４７の下部領域内に おいて該通路４７に対して垂直に交差する、ばね負荷が与えられた固定ビン５７ によって、持ち上げられた位置（プランジャ２９が下げられた状態で）に固定さ れる。

レバー４５が十分に持ち上げられると、ピンは、レバーの下の通路４７をスライ ドし、それによって、レバーが持ち上げられた位置に固定されて、プランジャ２ ９が下げられたまたは後退した位置に固定される。

固定ビン５７と同軸上であって通路４７の反対側には、固定ねじ５９が、本体１ にねじで固定され、固定ねじ５９には、作動ノブ６１が備えられている。プラン ジャ２９を持ち上げてそれに対応してレバー４３が下げられると、固定ねじは、 レバーの側部にしっかりと留められて、レバーが任意の位置に固定される。そし て、それによって、プランジャが任意の高さに配置される。

圧縮へノド９はボス６３を有している。ボス６３の内部には、測定ヘッドが本体 Ｉ上に配置されたときに、チャンバー５内に位置されるように下側に突出した中 心の鉛直になった回転可能なンヤンク６５が嵌合されている。シャンク６５の上 端部には、ハンドホイール、すなわちノブ６７が備えられており、それによって 、シャンクは、鉛直軸を中心に回転し得る。シャンクの下端部には、交差する水 平支持プレート６９が備えられており、その下側には、平坦な水平下面をもつカ ーバイドディスク７１が着脱可能に取り付けられている。

ンヤンクおよびカーバイドディスクは、カーバイドディスクの下面が、圧縮へノ ドのカバープレート１３の下面から常に一定の距離となるように、従って、本体 １に対して常に一定の高さとなるように、搭載されている。この搭載は、この垂 直方間の空間の最初の調節あるいは続いての補正によって、作動時には一定に保 たれる。

カーバイドディスクは、サンプルポット２５と同軸であり、密着している。

装置の動作を、表面状態および金属含有物の存在のような内部特性を参照した、 合成ダイアモンド結晶、特にのこぎりでひいたダイアモンド研磨材の装飾品質の 検査について、説明する。透明またはほんのわずかに金属含有物を有している結 晶を、「高／トップ品質」として等級付け、大量の含有物を宵Ｌ２ている結晶を 、「低品質」としてとして等級付ける。

装置は、品買によって検定されたバッチを数値での等級付けすることを要求され る。

通常、のこぎりでひいたダイアモンド研磨材、２００μ■から２ｍ＋１の範囲の サイズの粒子を含んでおり、各バッチは、単一のサイズ範囲を含んでいる。例え ば、約２００カラノドのサイズのサンプルを取り、サンプルポット２５に置く。

サンプルポットは、固定ビン５７によって最下部に保たれた支持プレート３３上 に固定される。

次いで、圧縮ヘッド９が基部１に固定され、固定ビン５７がゆるめられて、ばね ３１が、空気圧シリンダ５５の減衰動作に対して、プランジャ２９およびサンプ ルポット２５を持ち上げるようにする。

サンプルポット２５が持ち上げられると、その中の粒子サンプルは、カーバイド ディスク７１の下側に接触して圧縮される。必要に応じて、ばね３１による上回 きの圧力に対して、圧縮ヘッド９を本体１の下側に押さえるための手段が設けら れていてもよいことが理解される。

ばね３１によって付加される圧力によって、ポット２５内のサンプルは圧縮され 、サンプルの表面はカー／＜イドディスクに対して平坦となる。次いで、固定ね じは、レノ＜−４３に対して締め付けられて、レバーが固定されるとともに、そ れによって、プランジャ２９およびサンプルポ・ット２５は、カーバイドディス ク７１の下側によって規定される参照レベルにあるサンプル表面と同様になるよ うに位置される。

サンプルの表面を確実に平坦とするために、サンプルポットの内部底面７３は、 平坦ではなく、例えば、図１に示されるような浅い円錐形のプロファイルとされ る。この底面の形状は、サンプル内での正確な圧力プロフィルを成し遂げ、サン プルの上面を確実に平坦にするために、実験的に決定される。

さらに、カーバイドディスクは、サンプルの圧縮および持ち上げを向上させるた めに、ノブ６７によって回転される。

最も適切なサンプルポット底面のプロフィルは、圧縮される粒子のサイズおよび 特性に、ある程度依存し得ることが理解される。

サンプルポットがこのような位置に固定され、サンプル表面が、カーバイドディ スク７１によって規定される参照レベルに位置されると、圧縮ヘッド９は除去さ れ、測定へ・ノド１１が基部１上に置かれる。次いで、放射器２１および検出器 ２３は、サンプルの表面反射率を測定する。この測定は、コンビ二一夕によって 記録され、機械にセットされたすでに既知の較正限界と比較される。次いで、測 定値は、数値として示され、かつ／または、高あるいは低品質物質として等級付 けされる。

粒子およびサンプルのサイズにかかわらず、サンプルの表面が常に測定装置に対 して一定の位置にあるため、１頼のできる測定が繰り返し可能である。

ユニットを較正して、システムのダイナミック測定レンジが、試験されるサンプ ル内の差異を解消するためシ二十分であるようにするために、以下の手法が採用 される。

サンプルポットは除去されて、ホルダーは、固定ビンを介してその下部位置に固 定される。固定位置にあると、その表面が膠照カーバイドディスクの位置と一致 するような高さをもつ較正ディスクは、機械内に置かれる。このディスクは、白 色に塗られ、測定ユニットから得られる信号が、高品質物質の上限を設定できる ようになっている。同様の黒色ディスクは、測定の下限を設定するために使用さ れる。このようにして、ダイナミックレンジが設定される。

もし、測定値が互いに非常に近い場合には、白色および黒色ディスクは、異なる 反射率を有する第２のセットと交換され、測定レンジの最大と最小が再設定され て、密接に関係するサンプルが分離される。

本発明は、特に、のこぎりでひいたダイアモンド研磨材の表面特性を決定するこ とに関して説明したが、特殊物質がサンプリングされ、光学的に検査または測定 されるその他の状況、例えば、他のタイプの合成および天然ダイアモンド研磨材 、装飾用粉末および他の物質の測定に一般に適用され得る。

ＦｌＧ、１ Ｉ０３ 要約書 ダイアモンド研磨材のような粒子物質の光学検査装置であって、本体（１）と、 本体内を上下移動できるオーブンサンプルコンテナー（２５）と、コンテナーの 上方にあり、取り外し可能な圧縮ヘッド（９）内に搭載され、本体に対するその 高さが一定である参照部材（７１）と、圧縮へ、、ドの代わりに本体上に搭載可 能な光学検査ヘッド（１１）と、を有する装置。コンテナーは、持ち上げられて 参照部材と接触し、サンプルの表面は平坦にされ、一定の高さに置かれる。次１ ．％で、圧縮ヘッドは除去され、光学検査ヘッドと交換される。

その結果、サンプル表面は常に、光学検査ヘッドと一定の関係、特に一定の高さ になる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．粒子物質のサンプルを調製するための方法であって、該物質をオープンコン テナー内に配置する工程と、参照表面を所定位置に提供する工程と、該コンテナ ーを移動させ、それによってその中の該粒子物質の露出表面を該参照表面と直接 に接触させる工程と、このようにして設定した位置に該コンテナーを保持する工 程と、該参照表面を除去する工程と、を包含し、それによって、実質的に平坦で 、該参照表面によって規定された所定位置に配置された露出表面を有するサンプ ルが提供される、サンプル調整方法。
2. ２．前記粒子物質が、前記参照表面に付勢されており、それによって該粒子物質 が圧縮される、請求項１に記載の方法。
3. ３．前記所定位置に対して一定になるように配置される光学検査手段によって、 該所定位置に配置される前記粒子物質の前記露出表面を光学的に検査する工程を さらに包含する、請求項１または２に記載の方法。
4. ４．支持体と、該支持体に対して高さが移動するように搭載されたオープンサン プルコンテナーと、該支持体に対して一定の高さに配置される下面を有し、該コ ンテナー内に予め配置された粒子物質のサンプルが、該下面と接触するように持 ち上げられる参照部材と、このような接触によって規定される位置に該コンテナ ーを保持するための手段と、を有し、該参照部材が、所定位置にあるコンテナー から移動されて、その位置にあるサンプルの露出表面を続けて光学検査できる、 粒子物質を光学検査するための装置。
5. ５．前記コンテナーを前記参照部材の方へ付勢して、前記サンプルを前記下面に 対して圧縮するための手段をさらに有する、請求項４に記載の装置。
6. ６．前記コンテン−が、内部底面を有し、該内部底面と前記下面との間に、前記 サンプルの上面が平坦となるように圧力を分散させる、請求項５に記載の装置。
7. ７．前記参照部材が、前記サンプルの表面を平坦にするために、鉛直軸を中心に 回転し得る、請求項４、５または６に記載の装置。
8. ８．前記参照部材を除去した後に、前記サンプル表面を検査するための、前記位 置に対して一定の高さに配置されている、または配置可能な光学検査手段をさら に有する、請求項４、５、６または７に記載の装置。
9. ９．前記参照部材が、前記支持体から取り外し可能なキャリや上に搭載されて、 該キャリヤと支持体は、該キャリヤが該支持体上に配置されるときに、該参照部 材は一定レベルにセットされた下面を有するように、配置手段と協動するように なっており、さらに、該支持体上に同様に取り外し可能に配置されるキャリヤー と、該キャリヤーが該支持体上に配置されるとき、前記サンプル表面を検査する ように配置される光学検査手段とを有し、該サンプル表面が、該光学検査手段に 対して、常に、該参照部材によって決定される一定の関係になるようにされる、 請求項８に記載の装置。
10. １０．粒子物質の光学検査装置であって、本体と、該物質のサンプルを収容する ための、該本体内に移動可能に支持されるコンテナーと、下側に参照および圧縮 表面を有し、該コンテソナーの上方に該表面が所定位置になるように配置可能な 参照部材と、該参照部材がこのように配置される際に、サンプルを収容するコン テナーを、該サンプルが該表面の方へと付勢されるように該参照部材へと移動さ せるための手段と、該参照部材が除去されるときに、上述のように規定された位 置に該コンテナーを保持して、圧縮され平坦なサンプル表面を光学検査のために 露出させる手段と、を有する光学検査装置。
11. １１．前記コンテナーが、プラットフォーム上に取り外し可能に支持されており 、該プラットフォームが、前記本体内の縦穴にスライド可能に収容されたプラン ジャ形態の下部を有する、請求項１０に記載の光学検査装置。
12. １２．前記プラットフォームが、ばね動作によって、前記プランジャと前記本体 の一部との間を上方に付勢される、請求項１１に記載の光学検査装置。
13. １３．前記プラットフォームの前記上方への移動が、機械的な減衰に従属してい る、請求項１２に記載の光学検査装置。
14. １４．前記コンテナーが環状の開口部を有し、前記表面を提供する前記部材の下 部が環状であり、該コンテナーが該部材の方へ移動するときに、該コンテナーを 閉じるように配置されている、請求項１０から１３のいずれかに記載の光学検査 装置。
15. １５．前記表面を提供する前記部材の下部が、該表面に対して垂直な軸を中心に 回転可能になっている、請求項１４に記載の光学検査装置。
16. １６．前記コンテンナーの基部が、前記サンプルが圧縮されるときに平坦なサン プル表面を確実に形成するように、前記サンプル内に適切な圧力プロフィルを提 供するように形成されている、請求項１０から１５のいずれかに記載の光学検査 装置。
17. １７．添付の図面を参照して、実質的に本明細書に記載されている、光学検査装 置。
18. １８．実質的に本明細書に記載され、添付の図面に例示されている、粒子物質を 光学的に検査するための方法。