KR20230037421A

KR20230037421A - 기판 상의 필름의 검사 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230037421A
Application number: KR1020217030873A
Authority: KR
Inventors: 아론 씨. 하베너; 제임스 디. 조거스트; 토마스 씨. 모어; 키스 비. 라이더
Original assignee: 비더블유엑스티 엔오쥐 테크놀러지스, 인크.; 비더블유엑스티 뉴클리어 오퍼레이션즈 그룹, 인크.; 아론 씨. 하베너
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2023-03-16
Also published as: JP2022522348A; US20200271591A1; WO2020176329A1; EP3931535A4; US10761032B1; EP3931535A1; US11237117B2; CA3130839A1; US20200400585A1

Abstract

제2 재료 상에 형성된 제1 재료의 복합재 층을 검사하는 방법 및 장치는 조명원을 제공하는 단계, 층에서 복합재의 적어도 일부를 조명하는 단계, 샘플로부터 반사된 광을 수신하는 단계, 수신된 광으로부터 스펙트럼 응답을 결정하는 단계, 및 수신된 스펙트럼 응답을 예상된 스펙트럼 응답과 비교하는 단계를 포함한다.

Description

기판 상의 필름의 검사 장치 및 방법

관련 출원

본 출원은 2019년 2월 26일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/286,370호의 이익을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 발명은 연방 정부가 수주한 계약 하에 지원되었다. 미국 정부는 본 발명에 특정 권리를 갖는다.

기술 분야

예시적인 실시예는 전반적으로 재료 검사에 관한 것이고, 특히 복합재의 제2 재료 상의 제1 재료 층의 검사에 관한 것이다.

지르코늄, 기타 내식성 금속(합금 포함), 및/또는 용접부로 구성된 복합 구성요소의 재료 허용성에 대한 표준 산업 관행은 금속에서 성장된 산화물 필름의 품질을 임의의 다양한 방법에 의해 평가하는 것이다. 이러한 기술은 또한 새로운 합금 개발, 열처리 관행, 및 용접 기술 평가에도 사용되었다. 필름의 허용성은 필름에 기인하는 시편의 질량 이득(gain) 또는 작업자에게 보이는 산화물 필름의 외관에 의해 평가될 수 있다. 질량 이득 기술은 정량적 결과를 제공하고, 산화물 층의 품질, 예를 들어 두께 균일성 또는 오염물 포함 정도에 관한 정보는 제공하지 않는다. 작업자는 샘플을 시각적 표준과 시각적으로 비교하여 샘플의 외관을 판단한다. 주관적이기 때문에, 샘플 비교 기술의 효율성은 다양한 파라미터, 예를 들어 검사자의 교육, 기술 및 경험, 그리고 검사 영역 환경의 제어에 따라 달라진다.

일부 예시적인 실시예는 아래에 설명되는 바와 같이 복합재 층 검사를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 제1 재료와 상이한 제2 재료 상에 형성된 제1 재료 층의 복합재를 검사하는 방법이 제공되며, 방법은 파장 범위의 광이 복합재로부터 반사될 때 예상된 스펙트럼 응답이 발생하는 파장 범위를 포함하는 광을 출력하는 조명원을 제공하는 단계를 포함하고, 복합재는 미리 결정된 결함이 없을 때 예상되는 두께로 상기 제1 재료 층을 갖는다. 제1 재료 층에서 복합재의 적어도 일부는 선택된 조명원으로부터의 광으로 조명된다. 복합재로부터 반사된 조명원으로부터 출력된 광이 수신된다. 스펙트럼 응답은 수신된 광으로부터 결정되고, 수신된 스펙트럼 응답은 예상된 스펙트럼 응답과 비교된다.

다른 실시예에서, 제1 재료와 상이한 제2 재료 상에 형성된 제1 재료 층의 제1 복합재를 검사하기 위한 시스템은 제1 복합재의 적어도 일부를 포함하는 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 카메라, 및 층이 존재하는 제1 복합재의 적어도 일부로부터 반사된 광을 수신하고 광의 강도 스펙트럼을 결정하도록 배치되고 구성된 분광계를 포함한다. 조명원은 파장 범위의 광이 층이 존재하는 복합재의 적어도 일부로부터 반사될 때 미리 결정된 스펙트럼 응답이 발생하는 파장 범위를 포함하는 광을 출력한다. 분광계 및 사용자 인터페이스와 작동 통신하는 처리 회로는, 프로세서 및, 프로세서를 이용하여, 처리 회로가 복합재로부터 반사된 조명원으로부터의 광 출력으로부터 발생하는 분광계로부터 강도 스펙트럼을 수신하게 하고, 수신된 강도 스펙트럼을 미리 결정된 결함이 없을 때 제2 재료 상에 형성된 제1 재료로 구성된 제2 복합재로부터 파장 범위의 광이 반사하는 경우에 예상되는 기준 스펙트럼과 비교하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 포함한다.

다른 예시적인 실시예에서, 샘플의 적어도 일부를 포함하는 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 카메라, 샘플의 적어도 일부로부터의 광의 반사율을 측정하도록 구성된 분광계, 및 프로세서와 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 포함하는 처리 회로를 포함하는 산화물 층 검사 시스템이 제공된다. 컴퓨터 프로그램 코드는, 프로세서를 이용하여, 처리 회로가 샘플에 대한 재료 유형의 표시를 수신하게 하고, 재료 유형에 기초하여 예상되는 산화물 층 두께를 선택하며, 산화물 층 두께에 기초하여 원하는 스펙트럼 대비를 생성하기 위해 조명원을 선택하고, 선택된 조명원으로 샘플의 적어도 일부를 조명하며, 조명원에 의해 조명된 산화물 층의 분석에 기초하여 산화물 층 허용성을 결정하도록 구성된다.

산화물 층을 검사하기 위한 방법의 또 다른 실시예는 반사된 광에 의해 포함되는 파장 범위에 걸쳐 상부에 산화물 필름을 갖는 제1 재료의 제1 샘플의 표면으로부터 반사광의 기준 스펙트럼을 결정하는 단계 - 제1 샘플은 미리 결정된 결함을 포함하지 않음 -, 및 파장 범위의 적어도 일부를 포함하는 광을 출력하는 조명원을 선택하는 단계를 포함한다. 선택된 조명원으로부터의 광으로 산화물 층을 갖는 제2 재료의 제2 샘플의 적어도 일부가 조명되고, 제1 재료 및 제2 재료로부터 반사된 광은 미리 결정된 관계를 갖는 파장 범위에 걸쳐 각각의 스펙트럼 응답을 갖는다. 제2 샘플의 산화물 층을 비롯하여 제2 샘플로부터 반사된 조명원으로부터 출력된 광이 수신된다. 측정 스펙트럼은 조명원으로부터 출력되는 광에 의해 포함되는 파장 범위의 적어도 일부에 걸쳐 수신된 광으로부터 취득된다. 측정 스펙트럼의 적어도 하나의 특성이 기준 스펙트럼의 동일한 적어도 하나의 특성과 비교되고, 적어도 하나의 특성은 수신된 광이 반사되는 재료 및 산화물 필름이 미리 결정된 결함을 포함하는 지의 여부에 따라 미리 결정된 방식으로 달라진다. 제2 샘플의 재료 및 산화물 필름이 미리 결정된 결함을 포함하는 지의 여부는 측정 스펙트럼의 적어도 하나의 특성과 기준 스펙트럼의 동일한 적어도 하나의 특성의 비교에 기초하여 결정된다.

재료 검사 시스템의 하나 이상의 실시예를 일반적인 용어로 설명했으므로, 이제는 첨부 도면을 참조하기로 하는데, 도면은 반드시 실척으로 작성되지는 않았고, 도면에서:
도 1은 예시적인 실시예에 따른 산화물 층 검사 시스템의 개략도이고;
도 2는 지르코니아 필름의 시뮬레이션된 정반사 스펙트럼의 그래프 예시이며;
도 3a 내지 도 3c는 알루미늄 기판 상의 얇은 필름의 일련의 시뮬레이션된 정반사 스펙트럼의 그래프 예시이고;
도 4는 디지털 카메라에 의해 취득된 샘플 복합재 쿠폰의 이미지에 대한 그래프 예시이며;
도 5는 도 1의 시스템에 의해 취득된 합금 기판 상의 얇은 필름의 정반사 스펙트럼의 그래프 예시이고;
도 6은 도 1의 시스템에 의해 취득된 Zr4 상의 얇은 필름의 정반사 스펙트럼의 그래프 예시이며;
도 7은 도 1의 시스템에 의해 취득된 합금 기판 상의 두꺼운 필름의 확산 반사 스펙트럼의 그래프 예시이고;
도 8은 도 1의 시스템에 의해 취득된 Zr4 기판 상의 두꺼운 필름의 확산 반사 스펙트럼의 그래프 예시이며;
도 9 내지 도 13은 다양한 렌즈 및 조명 유형을 이용하여 도 1의 시스템에 의해 취득된 샘플 복합재 쿠폰의 이미지의 사진 예시이고;
도 14는 예시적인 실시예에 따른 도 1의 시스템 내에서 가시 스펙트럼 이미징과 SWIR 이미징 사이의 비교의 사진 예시이며;
도 15는 도 1에서와 같은 시스템의 기능 블록도이고;
도 16은 예시적인 실시예에 따른 산화물 층 검사 방법의 흐름도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 부호의 반복 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 피처 또는 요소를 나타내도록 의도된다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 이하에서 일부 예시적인 실시예를 더 완전하게 설명하는데, 도면에는 모두가 아닌 일부 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 실제로, 본 명세서에 설명되고 도시된 예는 본 개시의 범위, 적용 가능성 또는 구성에 대해 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 그 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 그러한 예시적인 실시예에서 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서 예시되거나 설명된 피처는 다른 실시예에서 사용되어 또 다른 실시예를 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 그러한 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다. 동일한 참조 번호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 지칭한다.

또한, 본 출원 및 첨부된 청구범위에 사용된 용어 "또는"은 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. 즉, 달리 명시되지 않거나 문맥으로부터 명확하지 않은 한 "X는 A 또는 B를 사용한다"라는 문구는 임의의 자연적인 포괄적 순열을 의미하도록 의도된다. 즉, "X는 A 또는 B를 사용한다"라는 문구는 다음의 경우 중 임의의 하나에 의해 충족된다: X는 A를 사용한다: X는 B를 사용한다; 또는 X는 A와 B를 모두 사용한다. 또한, 본 출원 및 첨부된 청구범위에 사용된 관사 "a" 및 "an"은 달리 명시되지 않거나 문맥으로부터 단수 형태를 가리키는 것으로 명확하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 지시하지 않는 한, 다음 용어는 적어도 그 안에 명시적으로 관련된 의미를 취한다. 아래에 식별된 의미는 반드시 용어를 제한하는 것은 아니며, 용어에 대한 예시적인 예를 제공할 뿐이다. "a", "an" 및 "the"의 의미는 복수 참조를 포함할 수 있고, "in"의 의미는 "in" 및 "on"을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 "일 실시예에서"라는 문구 또는 다른 유사한 문구는 동일한 실시예를 지칭할 수 있지만 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. "A와 B 중 적어도 하나"라는 문구는 A 단독, B 단독, A 및 B 단독, 다른 것과 함께 A 및 B 중 어느 것에 의해 충족된다. "A와 B 중 하나"라는 문구는 B가 존재하는 지의 여부에 무관하게 A에 의해 충족되고, A가 존재하는 지의 여부에 무관하게 B에 의해 충족된다.

"산화물 층"이라는 용어는 산화된 재료의 표면층을 의미한다. 용어 "산화물 층"은 본 출원 전체에 걸쳐 용어 "필름" 또는 "산화물 필름"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 "산화물 필름"에 대한 언급은 단지 예를 위한 것임을 이해하여야 한다. 본 개시에 의해 이해하여야 하는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 검사 시스템 및 방법은 상이한 제2 층 상에 형성된 제1 층, 예를 들어 강철 기판 상에 형성된 질화티타늄 필름, 유리 기판 상의 폴리머 필름, 태양 패널, 건축용 유리, 광학계 또는 기타 디바이스 상에 형성된 필름을 갖는 다양한 복합재와 함께 이용될 수 있다. 따라서, 금속 기판 상의 산화물 층을 포함하는 복합재를 검사하기 위한 시스템 및 방법의 하나 이상의 예를 제공하는 본 명세서의 상세한 설명은 본질적으로 예시적이며 본 개시를 제한하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

이해하여야 하는 바와 같이, 반응성 금속은 산소, 물 또는 산과 쉽게 반응하는 금속이다. 반응성 금속은 그 표면이 공기에 노출될 때 거의 즉시 산화되어, 산화물 층이 금속 표면의 추가 이온화/부식에 대한 장벽인 복합재를 형성하기 때문에 내식성에 유용할 수 있다. 초기 표면 산화 이후에, 필름은 기존 표면 필름을 통해 하위 금속 표면으로 이온 확산 및 전자 터널링의 결과로서 계속 성장하지만, 필름은 결국 이러한 프로세스가 중단되는 두께까지 성장한다. 이러한 대부분의 금속에서, 이러한 형성을 개선시키는 방법을 적용하지 않으면, 약 5 나노미터("nm") 두께의 균일한 산화물 층(또는 "천연" 층)이 형성된다. 금속에 외부 전위(예를 들어, 전기 화학 전지를 통해)를 적용하여 금속이 전기 분해 프로세스에서 애노드로서 작용하도록 하면 필름의 정상적인 터널링 장벽을 극복하고 산화물 필름이 최대 약 200 나노미터 두께까지 성장하게 할 수 있다. 이러한 전기적으로 개선된 필름(약 5 nm 초과 및 최대 약 200 nm, 특히 약 100 nm 내지 약 200 nm 범위 내)은 본 명세서에서 "얇은" 필름으로서 설명된다. 대안적으로, 표면을 더 높은 온도 및/또는 압력에 노출시키면 이온 확산 속도가 증가하여 산화물 필름이 수백 나노미터까지 성장하게 할 수 있다. 이러한 필름(두께 약 200 nm 초과)은 본 명세서에서 "두꺼운" 필름으로서 설명된다. 보조되지 않은 방식으로 성장하든 얇은 필름 또는 두꺼운 필름으로서 성장하든 산화물 층은 재료의 벌크 내로의 산소 확산을 추가로 제한하거나 방지함으로써 사용자 인가 프로세스에 의해 제공되는 것 이상으로 기판 금속 재료에 내식성을 제공한다. 그러나, 텅스텐, 탄소, 질소 등과 같은 산화물 층에 불순물이 존재하면 필름의 내식성 특성이 저하되어 하위 금속 또는 합금에 부식 위협이 발생할 수 있다. 그 결과, 예를 들어 육안 검사 및 질량 이득의 결정에 의해 이러한 불순물의 존재를 검출하기 위해 이러한 필름을 갖는 금속 표면을 검사하는 것이 알려져 있다. 전자의 기술에서, 사용자는 산화물 필름을 육안으로 검사하여 표면 필름의 색상, 강도 또는 패턴의 불연속성을 검출하는데, 이들 불연속성 중 임의의 것은 필름의 약한 지점을 나타낼 수 있는 불순물의 존재를 나타낼 수 있다. 후자에서는, 금속의 표면적이 결정되고, 필름 형성 전후에 금속의 중량이 측정된다. 표면적이 주어지면, 중량 증가는 단위 면적당 질량 증가, 결국엔 ASTM 표준에 의해 제공된 것과 같은 공지된 기술에 따른 산화물 필름 두께와 상관될 수 있다.

질량 이득 및 외관 검사 기술은, 평가의 부정확하고 때로는 주관적인 특성으로 인해 그리고 육안 검사의 경우에 가시광선 스펙트럼 밖에서의 작동 불능(일부 비정상이 해당 스펙트럼 밖에서 나타난다는 점에서)으로 인해 산화물 층의 비정상을 식별하는 데 효과가 제한될 수 있다. 본 명세서에 개시된 예시적인 시스템 및 방법은 광학 이미징 및 분광학의 사용자를 통해 내식성 합금(예를 들어, 지르코늄)의 산화물 필름 검사를 개선하여, 비정상 필름을 검출하는 보다 신뢰할 수 있는 방법을 생성함으로써 오염에 대한 거짓 양성(false positives)의 수를 감소시킬 수 있다.

아래에 나타내는 바와 같이, 얇은 산화물 필름의 외관 특성은 일반적으로 산화물 필름의 상단 표면과 하단 표면으로부터의 입사광의 반사 사이의 간섭에 기인한다. 따라서, 간섭 효과는 파장-특정적이며, 발생하는 특정 파장/파장 대역은 산화물 필름 두께에 의해 영향을 받고, 이 두께는 차례로 오염물 유형에 의해 영향을 받는다. 간섭 효과 외에도, 광은 산화물 층이나 금속 기판에 의해 산란되거나 흡수될 수도 있다. 광의 흡수 또는 산란은 반사광의 색상이나 강도의 변화를 유발하며, 이는 또한 산화물 층 두께 또는 오염의 편차를 나타낼 수 있다. 흡수 및 산란이 발생하지만, 그 효과는 일반적으로 산화물 필름의 두께에 따라 달라지지 않는다. 간섭 효과는 일반적으로 필름 두께에 따라 달라지기 때문에, 현재 설명된 시스템 및 방법은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 산화물 필름 결함의 존재 또는 부재를 결정함에 있어서 이러한 효과에 따라 달라질 수 있다.

표면 흠집, 재료 오염, 표면 오염물 등에 의해 유발되는 필름 두께 변화와 같은 비정상 필름 특성은 가시 스펙트럼에서 영향을 받는 영역과 영향을 받지 않는 영역 사이의 대비로 인해 명백할 수 있으므로 육안 검사를 통해 검출될 수 있다. 그러나 표면 육안 검사는 주관적이고, 특정 상황에서는 논리적으로 어려울 수 있으며, 작업자가 필름 표면의 다양한 외관을 인식하도록 충분한 경험을 가져야 할 수 있다. 검사자가 확산 반사에 의존하는 정도까지, 특정 파장 대비 효과는 현저히 감소하거나 식별할 수 없을 수 있다(육안 검사의 관점에서). 또한, 전자기 스펙트럼(예를 들어, 자외선 또는 적외선) 중 눈이 민감하지 않은 부분에 두께 변화로부터 발생하는 대비가 존재하는 경우, 육안에 의존한 검사는 불완전할 수 있다.

본 명세서에 설명된 하나 이상의 예시적인 프로세스는 더 큰 대비의 디스플레이 및 이러한 목적을 위한 분광학적 최소 피크 파장, 스펙트럼 강도, 및 스펙트럼 형상을 특성화하는 능력으로 인해 비정상 필름의 영역을 찾는 데 있어서 증가된 신뢰성 및 반복성을 가능하게 한다. 이 프로세스는 표준과 비교하여 시편의 중량 이득 또는 육안 검사를 측정하는 현재의 방법보다 더 신뢰할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 하나 이상의 실시예와 관련하여 설명된 프로세스를 사용하는 복합재 층, 예를 들어 산화물 층 검사는 프로세스의 일부를 자동화하고, 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 대비를 개선하며, 고도로-훈련된 검사자 사이에서 협의를 피하는 능력으로 인해 시간을 덜 필요로 할 수 있다. 마지막으로, 비정상 산화물 또는 기타 필름의 원인을 결정하기 위한 현장 비접촉 방법은 복합 구성요소 표면에 더 빠르고 비파괴적이며, 위치가 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)(SEM), 마이크로프로브, 에너지 분산 X선 분광법(energy-dispersive X-ray spectroscopy)(EDX) 등과 같은 현재의 물리적 샘플 방법보다 유연할 수 있다.

위에서 그리고 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 단파 적외선(shortwave infrared)(SWIR) 카메라 및 반사 분광계를 이용하는 산화물 필름 검사 기술은 필름의 허용성 및/또는 오염물의 존재를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 카메라는 상대적으로 큰 표면의 실시간 이미징을 허용하여 비정상 필름이 있는 영역을 식별할 수 있으며, 그 후, 광섬유 반사 분광계를 사용하여 추가로 조사될 수 있다.

상이한 파장의 광에 대한 간섭, 흡수 및 산란 효과로 인해, 카메라를 사용하여 필름에서 하나 이상의 비정상을 식별할 수 있다. 카메라는 적절한 광원 및/또는 필터를 선택하여 하나 이상의 파장 범위에서 사용하도록 최적화되어, 예를 들어 카메라가 SWIR 파장 범위 내에서 작동하도록 한다. SWIR 파장 범위는 약 0.9 μm 내지 약 1.7 μm로 연장되는 것으로 고려될 수 있지만, 다른 실시예에서는 약 0.7 μm 내지 약 2.5 μm 범위인 것으로 고려될 수 있다. 카메라는 주변 필름보다 반사율이 낮은 필름의 하나 이상의 부분을 식별할 수 있다. 반사율이 낮은 영역은 광의 더 큰 간섭, 흡수 또는 산란을 나타내며, 이는 차례로 산화물 필름의 두께 또는 조성의 차이를 나타낸다. 사람의 눈과 달리, 카메라는 상이한 파장 범위에 대해 최적화될 수 있기 때문에, 카메라 검사(사용자 인터페이스 디스플레이에 표시된 카메라 이미지는 샘플 표면으로부터 반사된 취득한 광의 SWIR 파장 범위의 적어도 일부, 일부 실시예에서는 모두를 포함함)는 사람의 눈으로 검출될 수 없는 산화물 층 비정상을 나타낼 수 있다. 일부 품질 보증 표준에서는, 비정상을 검출하는 것만으로도 재료 또는 구성요소를 거부하기에 충분할 수 있다. 다른 경우에, 카메라 검사 중 비정상을 검출하면 반사 분광 검사를 통한 것과 같이 추가 검사가 필요한 영역을 식별하기 위한 지침이 사용자에게 제공된다.

산화물 필름, 특히 얇은 산화물 필름은 필름 품질의 신뢰할 수 있는 지표를 제공하는 정반사 스펙트럼에서 최소값을 가질 수 있다. 하나 이상의 특정 파장을 중심으로 하는 범위에 걸쳐 소정량의 광을 상쇄하는 간섭 효과로 인해 이들 스펙트럼에서 하나 이상의 피크 최소값이 발생할 수 있다. 일반적으로, 산화물 층에 입사된 광의 일부는 층 표면에서 반사되고, 나머지는 필름으로 들어가 필름과 금속 기판 사이의 계면으로 나아간다. 해당 광 에너지의 일부는 차례로 기판으로 나아가지만, 나머지는 다시 산화물 필름을 통과하여 일부는 필름을 빠져나가 산화물 층 표면으로부터 직접 반사되는 입사광의 해당 부분과 결합한다. 일반적으로, 산화물 층의 굴절률은 산화물 층의 일측에 있는 공기의 굴절률보다 크고 타측에 있는 금속 기판의 굴절률보다 더 작거나 클 수 있다. 굴절률이 공기와 금속 기판 모두의 굴절률보다 큰 경우, 산화물 층 표면에서 직접 반사되는 입사광은 180°위상이 변하는 반면, 산화물 층과 금속 기판 사이의 계면으로부터 반사되는 광은 위상을 변경하지 않는다. 이러한 조건을 고려해 볼 때, 산화물 층/금속 기판 계면에서 반사되는 광이 공기와의 상부 산화물 층 경계로부터 반사되는 광에 추가되거나 간섭하는 정도는, 필름 두께가 광 파장의 1/2의 정수배일 때 피크 간섭에 도달하는 필름의 두께에 따라 달라진다. 이러한 두께에서, 필름/기판 계면으로부터 반사되는 광은 필름을 통과할 때 광의 전체 파장의 정수배를 통해 이동하는데, 표면에서 필름을 빠져나갈 때 순 0°위상 편이가 있고 필름의 상단으로부터 반사되는 광과 180°위상차가 있다. 따라서, 필름 두께의 2/N 배수인 파장의 광(여기서, N은 0이 아닌 정수)은 위상 편이가 가장 작을 수 있다. 반사광의 이 부분은 필름으로 들어오고 그로부터 다시 복귀하는 광과 관련하여 동일한 주파수 및 거의 반대 위상에 있기 때문에, 이러한 파장의 입사광은 산화물 층 표면으로부터 분광계로 복귀하는 광의 최대 간섭을 초래하여, 정반사 스펙트럼에서 피크 최소값을 생성한다. 굴절률이 공기의 굴절률보다 크지만 금속 기판의 굴절률보다 작은 경우, 산화물 층 표면에서 직접 반사되는 입사광은 180°위상이 변하고, 산화물 층과 금속 기판 사이의 계면으로부터 반사되는 광은 또한 180°로 위상을 변경한다. 다시 말해서, 산화물 층/금속 기판 계면으로부터 반사되는 광이 공기와의 상부 산화물 층 경계로부터 반사되는 광에 추가되거나 간섭하는 정도는, 필름의 두께에 따라 달라지지만 이 경우에 필름 두께가 광 파장의 1/4의 홀수 배수일 때 피크 간섭에 도달한다. 그러나, 본 개시의 관점에서 이해하여야 하는 바와 같이, 이러한 조건은 이상적이지 않고 완전히 예측할 수 없다. 따라서, 예를 들어, 대략적인 추정을 위해 1/2 또는 1/4 파장 위치에 따라 달라질 수 있지만, 피크 최소값은 이들 위치에서 오프셋된 파장에서 발생하고, 예를 들어, 경로 길이 또는 재료 동일성으로 인해 변경된다. 또한, 앞서 설명한 두 조건 모두에서, 1차 피크 최소값은 강하고 상대적으로 넓으며, 더 높은 차수 피크 최소값은 덜 깊고, 좁으며 서로 가까워진다.

따라서, 입사광이 필름 두께의 이러한 2/N 배수(또는 ¼의 홀수 배수) 중 하나 이상을 포함하는 파장 범위로 구성되는 경우, 반사 및 수신된 광의 결과적인 파장 스펙트럼은 광이 입사된 필름의 두께와 상관 관계를 갖게 되는 파장 위치에서 하나 이상의 최소 피크를 포함할 수 있다. 따라서, 주어진 산화물 층 샘플에 대한 이들 피크의 파장 위치를 식별하면 산화물 층의 두께를 식별할 수 있고 한 샘플로부터의 산화물 층 두께를 다른 샘플과 비교하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 예시적인 합금의 정상적인(산화물 층-두께-영향-결함이 없는) 얇은 필름은 570 nm의 정반사 스펙트럼에서 반사율 최소값을 갖고 제2 예시적인 합금의 필름은 550 nm에서 반사율 최소값을 갖는다고 가정한다. 본 명세서에 설명된 방법은 반사율 최소값의 차이, 예를 들어 20 nm를 구별할 수 있다. 예를 들어, 2개의 샘플이 동일한 기판이고 동일한 산화물 층 형성 방법을 갖는 경우에 이러한 정보는, 2개의 샘플 중 하나의 산화물 층에 결함이 있기 때문에 2개의 샘플의 두께가 상이하다는 것을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 정보는 샘플이 상이한 기판 및/또는 산화물 층 형성 방법을 갖는다는 것을 나타낼 수 있다. 추가의 예로서, 그리고 얇은 필름을 고려하면, 제1 합금 및 제2 합금에서 취한 측정값으로부터 분광계(65)(도 1 및 도 15)에 의해 취득된 정반사 스펙트럼(본 명세서에 설명된 바와 같이 선택된 파장 범위 내)의 각각의 최소 피크는, 오염되지 않은 영역에 걸쳐 취한 측정값으로부터의 반사 스펙트럼의 최소 피크와 비교하여 텅스텐에 의해 오염된 합금 영역에서 측정할 때 더 짧은 파장으로 편이된다. 비정상 필름과 관련된 독특한 색상 편이는 정반사 스펙트럼 뿐만 아니라 적절한 필터와 광원을 사용하는 가시 스펙트럼 사진 검사에서도 관찰될 수 있다.

일부 두꺼운 필름을 포함하는 일부 필름은 상대적으로 피처가 없는 정반사 스펙트럼을 가지며, 예를 들어 정반사에는 잘 정의된 피크 최소값이 포함되지 않을 수 있다. 이는, 예를 들어 필름 두께가 입사광 파장보다 훨씬 큰 두꺼운 필름에서 발생할 수 있는데, 이러한 조건에서는 광이 산화물 층을 통과할 때 흡수 및 산란 효과가 2/N 또는 홀수 1/4 파장에서도 간섭 효과를 극복하는 경향이 있을 수 있기 때문이다. 그러나, 그 대신에, 필름은 정반사 또는 확산 반사의 강도 편이를 포함할 수 있으며, 필름 두께 변화를 식별하고 이에 따라 산화물 필름 결함의 존재를 식별하는 데 그러한 강도 편이가 유리할 수 있다. 예를 들어, 필름은 여러 위치에서 샘플링될 수 있으며, 정반사 또는 확산 반사의 강도 변화를 사용하여 비정상을 식별할 수 있다. 강도의 변화는 광이 산화물 필름을 통과할 때 광의 흡수 및/또는 산란으로 인한 것일 수 있으며, 이는 분광계로 다시 반사되는 전체 광을 감소시킨다. 광은 산화물 필름 층이나 금속에 의해 흡수될 수 있지만 상대적으로 균일한 스펙트럼 반사율 프로파일을 가져야 한다. 오염 등에 의한 산화물 층의 두께나 조성의 변화는 광의 흡수에 변화를 야기할 수 있으며, 이에 따라 산화물 층으로부터 분광계로 복귀하는 광의 강도를 변화(산화물 층의 두께가 각각 감소하거나 증가하는 지의 여부에 따라 증가 또는 감소)시킬 수 있다. 유사하게, 광은 산화물 층 및/또는 금속과의 상호 작용에 의해 산란될 수 있지만, 상대적으로 균일한 스펙트럼 반사율 프로파일을 가져야 한다. 오염 등에 인한 필름의 두께나 조성의 변화는 산란되는 광의 양을 변화시킬 수 있고(광이 재료를 통과하는 시간이 길수록 산란이 더 많이 발생하기 때문에), 따라서 정반사의 강도를 변화(산화물 층의 두께가 각각 감소하거나 증가하는 지의 여부에 따라 증가 또는 감소)시킬 수 있다.

본 개시내용의 예시적인 실시예에서, 재료의 산화물 층을 검사하는 방법은, 미리 결정된 특성(예를 들어, 산화물 층이 형성되는 금속 표면으로부터 반사될 때, 카메라의 대역통과 필터 또는 해당 파장 범위를 포함하는 대역으로 조절된 고역 통과 필터를 통과하는 입사광 내의 특정 파장 범위)을 갖는 광을 생성하는 조명원을 선택하고 이에 의해 산화물 필름의 두께 변화에 대응하여 산화물 필름의 결함으로부터 발생하는 반사광의 미리 결정된 응답(예를 들어, 스펙트럼 응답 편이)을 식별하는 단계를 포함한다. 필름 결함, 예를 들어 산화물 층 형성에서 불순물 또는 재료 변화의 존재는 결함이 없는 경우의 정상 두께로부터 산화물 필름의 두께를 변경시킨다. 산화물 층의 결함-유도된-두께 변화의 크기는 필름이 형성되는 재료의 유형, 산화물 층의 정상 두께, 및 구성 재료의 층 일관성에 따라 달라진다. 단파 적외선(SWIR) 카메라 및/또는 분광계는, 적어도 부분적으로, 일부 실시예에서는 완전히 SWIR 파장 범위 내의 광을 방출하고 SWIR 파장 범위의 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 선택된 조명원으로부터 조명된 산화물 층의 이미지 또는 측정값을 캡처하는 데 이용될 수 있다. 그 후, 사용자는 결과적인 카메라 이미지의 디스플레이를 시각적으로 검사하여 이미지 대비에 기초하여 결함의 존재를 식별할 수 있다. 추가로, 또는 대안적으로, 분광계는 결함을 나타내는 스펙트럼 응답을 식별하기 위해 데이터를 분석할 수 있다. 또한, 이러한 단계에 더하여, 사용자는 가시 스펙트럼 내의 반사광 내의 결함 유도 대비 영역의 존재를 결정하기 위해 표면을 시각적으로 검사할 수 있다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 산화물 층 검사 시스템(100)을 예시한다. 검사를 위해 선택된 재료 샘플(101)은 원자로 또는 증기 시스템과 같은 시스템에서의 사용에 대한 허용성을 위한 실험실 설정에서 검사된 테스트 구성요소 또는 샘플일 수 있거나, 예를 들어 용접부를 비롯하여 설치 시에 또는 수리 후에 제자리에서 검사된 시스템 구성요소일 수 있다. 재료가 시스템 구성요소인 경우, 재료(101)가 실험실 설정에서 검사되는 지 또는 대안적으로 실험실이 아닌 현장의 설치된 또는 제거된 위치에서 검사되는 지의 여부는, 예를 들어 샘플의 크기, 중량, 및 다른 구성요소 특성에 따라 달라질 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 도 1에 예시된 시스템에 의한 재료(101)의 산화물 층의 검사는 작업자, 검사 시스템(40)(도 15), 또는 검사 시스템(40)의 도움을 받는 작업자의 조합에 의해 수행될 수 있다. 작업자 또는 검사 시스템(40)은 카메라(64)를 이용하여 재료(101)의 샘플 상의 검사 영역의 이미지를 캡처한다. 이해하여야 하는 바와 같이, 카메라는 배치 형태로 컴퓨터 및 기타 시스템에 저장 및 업로드될 수 있거나 실시간으로 출력될 수 있는 정지 이미지 또는 비디오 포맷의 데이터를 취득하는 능력을 갖는 것으로 알려져 있으며, 카메라(64)가 이러한 능력을 갖는 것으로 이해하여야 한다. 따라서, 이러한 카메라의 구성 및 동작은 본 명세서에서 더 상세히 설명되지 않는다. 본 명세서에 설명된 실시예에서, 카메라(64)는 처리 회로(50)에 연결되는 적절한 데이터 케이블(63)을 통해 실시간으로 카메라 비디오 데이터를 출력하고, 처리 회로는 차례로 작업자 분석을 위해 사용자 인터페이스(60)(도 15)에 카메라 이미지를 렌더링한다.

카메라(64)는 인간 작업자가 볼 수 있는 광 범위보다 긴 파장을 갖는 SWIR 스펙트럼 범위의 카메라 데이터를 캡처하도록 구성된 SWIR 카메라일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 카메라(64)는, 예를 들어 자외선(UV), 가시광선(VIS), 적외선(IR), 장파장 적외선(LWIR), 또는 다른 적절한 파장을 포함하는 다른 스펙트럼 범위에서 카메라 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 카메라(64)는 복수의 파장 범위에 대한 카메라 데이터를 동시에 캡처하도록 구성된 초분광 카메라일 수 있다. 카메라(64)는 발광 다이오드(light emitting diode)(LED), 형광등, 백열등 등과 같은 하나 이상의 조명원(68)(도 15)을 포함하거나 이와 관련될 수 있으며, 여기서 조명원은 선택된 미리 결정된 파장 범위에서 광을 방출하도록 구성된다. 카메라는 미리 결정된 파장 범위 내에 있는 카메라에 대해 반사광만을 통과시키는 필터를 포함할 수 있거나 시스템이 사용자 인터페이스(60)(도 15)에서 디스플레이를 구동하는 데 사용하는 수신된 이미지 데이터로부터 미리 결정된 파장 범위 밖의 이미지 데이터를 제외하는 처리 회로를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 카메라(64)는, 도 1의 상세 A에 도시된 바와 같이, 렌즈 조립체(109)에 통합된 하나 이상의 광원을 가질 수 있고, 렌즈 조립체는 라이트 장착부(106)에서 렌즈(104) 주위에 위치 설정된 하나 이상의 발광 디바이스, 예를 들어 LED(108)를 갖는 카메라 렌즈(104)를 포함한다. 집합적으로, LED(108)는 카메라의 조명원을 형성한다. 라이트 장착부(106)는 LED(108)를 카메라(64)에 기계적으로 연결하고, 카메라의 전원은 또한 LED를 구동할 수 있다. 예시된 실시예에서, 라이트 장착부(106)는 (렌즈(109)와 샘플(101)의 표면 사이에서 도 1에 도시된 이중 화살표로 정렬된) 렌즈(104)의 광축(105)을 중심으로 LED(108)를 동축으로 정렬시켜 각각의 LED(108)의 (광 전파의) 조명 중심축이 렌즈 광축(105)에 평행하여, LED로부터 방출된 광의 일부가 샘플(101)의 표면으로부터 렌즈로 다시 반사되도록 정반사를 초래한다. 특정 실시예에서, LED(108)는, 카메라(64) 상에 장착될 때, 그로부터 발산되는 광의 중심축이 카메라 광축에 대해 0이 아닌 각도로 배치되어 확산 반사를 초래하도록 배향된다. 다른 실시예에서, LED(108) 또는 다른 조명원(68)(도 15)은 카메라(64) 및/또는 렌즈(104)로부터 분리되거나 분리될 수 있어(광원이 계속해서 광을 방출하도록 전원에 연결되어 있는 동안), 작업자가 광원을 다른 구조에 장착하거나 수동으로 광원을 제자리에 유지하므로, 광원(들) 중심축/조명축이 카메라(64)의 광축에 대해 평행하지 않은 각도로 배치된다. 물론, 카메라로부터 그렇게 이동된 경우에도, 작업자는 조명의 중심축이 여전히 카메라 광축과 평행하도록 광원을 배치할 수 있다. 이러한 방식으로, 작업자는 카메라 광축에 대해 광원을 다양한 위치 및 배향으로 이동시킬 수 있는 동시에, 결과적인 이미지에서 최대 대비를 초래하는 광원과 카메라 광축 사이의 배향을 찾을 때까지 사용자 인터페이스 디스플레이에서 카메라 출력(여기서 카메라에는 선택한 파장 범위로 조절된 광학 대역통과 필터가 장착됨)을 볼 수 있다.

이해하여야 하는 바와 같이, 카메라는 렌즈에 대해 배치된 광학 센서를 포함하여, 렌즈가 재료 샘플(101)의 표면으로부터 렌즈(104)로 반사된 센서 광에 초점을 맞추도록 한다. 앞서 설명된 바와 같이, 카메라는 또한 렌즈(104)와 광학 센서 사이에 렌즈 조립체(109)에 의해 배치된 광학 필터, 예를 들어 대역통과 필터를 포함할 수 있다. 필터는 앞서 설명된 바와 같이 선택된 미리 결정된 파장 범위의 광을 센서로 통과시키도록 구성되는 반면, 통과된 광은 조명원에 의해 방출된 광 파장 범위의 적어도 일부를 포함한다. 대역통과 필터는 또한 센서에 닿는 광의 양을 제한할 수 있으며, 이는 원하는 파장 범위 밖의 광으로부터 광학 센서의 포화에 의해 유발되는 결과적인 이미지의 왜곡을 방지할 수 있으며, 미리 결정된 선택된 파장 범위가 비광학적 수단에 의해 취득되더라도 이 목적을 위해 포함되고 사용될 수 있다.

위에서 나타낸 바와 같이, 검사 시스템은 또한 반사 분광계와 같은 분광계(65)를 포함할 수 있다. 이해하여야 하는 바와 같이, 분광계는 표면으로부터 반사된 광을 측정하고 프로세서, 메모리, 및/또는 사용자 인터페이스로 출력될 수 있는 측정 데이터를 생성하는 능력을 갖는다. 따라서, 이러한 분광계의 구성 및 일반적인 동작은 본 명세서에서 더 상세히 설명되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 분광계는 처리 회로(50)에 연결된 적절한 데이터 케이블(111)을 통해 실시간으로 측정 데이터를 출력하고, 처리 회로는 차례로 사용자 인터페이스(60)(도 15)를 구동하여 작업자에 의한 분석을 위해 데이터를 미리 결정된 포맷으로 디스플레이한다.

분광계(65)는 검사 케이블(110)을 포함하며, 이 검사 테이블은 도 1의 상세 B에 단면도로 도시되어 있다. 검사 케이블(110)은 복수의 광섬유 케이블(112, 114)을 포함한다. 입력 섬유(114)는 광섬유 케이블 사이에서 중앙에 위치되고 분광계(65)의 측정 입력부에 연결되어, 입력 섬유(114)는 원위 단부에서 렌즈(도시되지 않음)에 의해 수신되고 섬유(114)에 집속된 케이블(110)(재료 샘플(101)의 표면에 근접함)의 대향 원위 단부로부터의 광을 전달할 수 있다. 검사 케이블의 복수의 광섬유 케이블은 또한 분광계(65)에 수용된 조명원(68)(도 15)에 근접하게 또는 이와 관련하여 배치된 복수의 조명 섬유(112)를 포함한다. 조명원은 광대역 광 또는 미리 결정된 파장 범위로 제한된(예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이 선택된 미리 결정된 파장 범위로 제한되거나 이를 포함하는) 광을 방출하도록 구성된 하나 이상의 LED, 또는 다른 적절한 조명원을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 분광계는 광학 필터를 이용하여 분광계의 광 센서로 지향되는 광의 파장 범위를 제한할 수 있거나, 또는 분광계는 앞서 설명한 바와 같이 더 넓은 파장 범위에 걸쳐 반사광을 수신하는 경우에도 선택된 파장 범위만 분석하도록 프로그래밍될 수 있다. 분광계는 또한 광원으로부터 광 섬유(112)로 광을 전달하여 조명 섬유가 조명원으로부터 검사 케이블의 원위 단부로 광을 전달하도록 하는 적절한 렌즈 시스템을 수용한다. 작업자 또는 고정 장착부는 재료 샘플(101)의 표면에 근접하게 원위 단부를 유지하여, 섬유(112)에 의해 방출된 광은 원위 단부에서 렌즈 시스템에 의해 재료 샘플(101)의 표면 위로 투사되고 다시 전술한 렌즈로 반사되어 이에 의해 섬유(114)로 지향된다. 원위 단부는 그 면이 재료 샘플(101)에 직교하도록 위치 설정되어, 분광계가 정반사 데이터를 수집할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 원위 단부는 원위 단부의 대체로 평면인 면에 직교하는 각각의 축을 중심으로 센터링된 조명 섬유(112)(도 1)로부터 입사광을 출력한다. 따라서, 이러한 배향에서, 원위 단부는, 산화물 층 표면이 대체로 평면형이라고 가정할 때, 산화물 층 표면에 대해 90°로 정렬된 하나 이상의 광축에서 입사광을 출력한다. 따라서, 입사광은 섬유의 광축에 또한 평행한 샘플의 표면으로부터 일정 각도로, 예를 들어 90도로 입력 섬유(114)(도 1)로 다시 반사되어, 섬유에 의해 출력된 광의 입사각(산화물 층 표면에 대한)은 섬유(114)에 의해 수신되는 반사각과 동일하다. 대안적으로, 원위 단부는 분광계가 확산 반사 데이터를 수집하도록 재료 샘플의 표면에 수직이 아닌 다른 각도로 위치 설정될 수 있다. 반사각은 입사각과 동일하지 않기 때문에, 분광계는 재료 및/또는 산화물 층의 표면으로부터 산란된 광을 측정한다. 아래에 설명되는 바와 같이, 정반사 데이터는 얇은 필름으로부터 반사된 광에서 발생하는 것과 같은 피크 최소값을 결정하고 분석하는 데 사용될 수 있는 반면, 확산 반사 데이터는 두꺼운 필름으로부터 반사된 광에서 발생하는 것과 같은 강도의 변화를 식별하는 데 사용될 수 있다.

카메라(64) 및/또는 분광계(65)는 샘플 재료(101) 표면의 산화물 층을 분석하는 데 사용될 수 있다. 도 1의 상세 C에 도시된 예에서, 샘플(116)은 지르코늄 합금 또는 다른 내식성 재료일 수 있다. 산화물 층(118), 여기서 산화지르코늄(ZrO₂)은 앞서 설명한 바와 같이 얇은 필름 또는 두꺼운 필름으로서 성장될 수 있다.

도 1 및 도 15를 참조하면, 방법은 샘플의 기판 재료 유형, 예를 들어 지르칼로이(Zircaloy) 2, 지르칼로이 4 등을 결정하는 것으로 시작한다. 재료 유형은 구성요소 또는 재료, 시스템 도면 또는 기타 신뢰할 수 있는 출처에 대한 제조업자의 설명을 검사하여 결정될 수 있다. 검사 시스템(40)(도 15)이 이용되는 경우, 사용자는 사용자 인터페이스(60)를 통해 재료 유형을 입력한다. 재료 유형은, 예를 들어 재료 ID 코드(재료 유형에 직접 대응하는 코드) 또는 구성요소 ID 코드(구성요소 부품을 식별하는 코드)일 수 있다. 구성요소 ID 코드가 사용되는 경우, 처리 회로(50)는 구성요소가 제조되는 재료와 구성요소 ID 코드를 상관시키는 룩업 테이블(54)을 갖는다. 사용자가 구성요소 ID 코드를 입력하면, 처리 회로가 룩업 테이블을 참조하여 지정된 구성요소의 재료 유형을 결정한다. 사용자는 또한 필름 성장 방법에 대응하는 식별자, 예를 들어, 자연, 얇은 또는 두꺼운을 입력할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 예상되거나 원하는 필름 두께(즉, 결함이 없는 산화물 필름 두께)는 공지되거나 산화물 필름을 검사할 조명원을 결정하기 위해 결정된다. 예상되거나 원하는 필름 두께는 산화물 층이 형성되는 재료의 유형과, 경우에 따라 산화물 층을 성장시키는 방법에 기초한다. 주어진 재료에 대한 필름 두께는 원하는 산화물 필름 두께를 재료 및/또는 산화물 층 성장 방법과 상관시키는 공개된 참조 테이블에서 식별될 수 있는 공지된 표준 두께일 수 있거나 제조업자의 사양에 포함될 수 있다. 예상되는 필름 두께는 경험적 테스트에 의해 결정된 특정 값 및/또는 범위를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제조업자는 아래에서 설명되는 바와 같이 산화물 필름의 허용성의 결정에 사용될 수 있는 +/-1%, 5%, 10% 등과 같은 제조 공차 대역과 함께 주어진 기판 재료에 예상되는 산화물 필름 두께 값 및/또는 범위를 결정하거나 제공할 수 있다. 검사 시스템(40)이 이용되는 경우에, 작업자는 사용자 인터페이스(60)를 통해 예상되는 필름 두께를 입력할 수 있거나, 또는 처리 회로(50)가 메모리(54)에 저장된 참조 테이블에 액세스하는 것과 같이 앞서 설명한 바와 같이 입력된 기판 재료 및/또는 성장 방법의 식별에 기초하여 예상되거나 원하는 필름 두께를 결정할 수 있다. 예를 들어, 메모리(54)는 복수의 기판 재료/필름 성장 방법 각각에 대해 미리 결정된 예상되는 산화물 필름 두께를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다. 그 후 작업자가 기판 재료 및 테스트 중인 주어진 재료에 대한 필름 성장 방법을 식별하는 데이터를 입력하면, 시스템은 데이터베이스로부터 입력된 데이터 쌍에 대응하는 예상되는 필름 두께를 선택한다. 데이터베이스는 또한 복수의 필름 두께/재료 유형 각각에 대해 원하는 조명원(예를 들어, 파장 범위 또는 적어도 특정 파장 범위를 포함할 필요성의 측면에서)을 식별한다. 따라서, 작업자가 사용자 인터페이스를 통해 재료 유형을 입력하고 시스템이 앞서 설명한 바와 같이 재료 및 성장 방법에 기초하여 예상되는 필름 두께를 식별했기 때문에, 처리 회로는 예상되는 필름 두께 및 재료 유형에 대응하는 조명원을 54의 데이터베이스에서 룩업 테이블로부터 선택함으로써 조명원을 결정한다.

앞서 설명한 바와 같이, 조명원의 선택은 분석을 위해 산화물 층에서 반사된 광으로부터 원하는 파장 범위를 선택하는 것과 동일할 수 있다. 산화물 층이 배치된 기판 재료가 공지되어 있고 산화물 층을 형성하는 데 사용된 방법(예를 들어, 자연적인, 얇은 필름 또는 두꺼운 필름 형성)이 공지된 경우, 작업자는 먼저 (예상되는 기판 재료에 기초하고 공지된 형성 방법으로부터 기인한 산화물 층의 무결함 두께의 가정에 기초하여) 프레넬 수학식을 이용하여 비교적 넓은 파장 범위에 걸친 시뮬레이션된 반사 스펙트럼을 계산함으로써 이 파장 범위를 선택할 수 있다. 예를 들어, 매사추세츠주 벌링턴 소재의 Comsol, Inc.로부터 입수 가능한 COMSOL MULTIPHYSICS와 같은 Multiphysics 시뮬레이션 패키지를 이용하는 이들 시뮬레이션의 생성은 본 개시의 관점에서 본 기술 분야에서 이해하여야 하며 따라서 더 이상 상세히 설명되지 않는다. 시뮬레이션된 기준 반사 스펙트럼을 고려해 볼 때, 작업자는 반사 스펙트럼이 산화물 층 두께의 변화에 대응하는 검출 가능하고 구별 가능한 방식으로 변할 것으로 예상될 수 있는 전체 시뮬레이션된 반사 스펙트럼 범위의 하위 범위를 선택한다. 층 두께 변화는 산화물 층 결함을 나타내기 때문에, 해당 파장 하위 범위 내에서 스펙트럼 데이터의 이들 변화를 검출하고 구별하는 능력은 시스템과 작업자가 이러한 결함을 식별할 수 있게 한다.

도 2는 900 nm의 예상되는 산화물 층 두께를 갖는 표면 산화물 층을 갖는 복합재에 대한 이러한 시뮬레이션된 반사 스펙트럼의 예를 예시한다. 시뮬레이션된 스펙트럼은 알루미늄 기판을 가정할 때 반사율 모델 또는 계산기에 의해 생성되었다. 이해하여야 하는 바와 같이, 알루미늄은 가시광선 및 근적외선(NIR) 스펙트럼에 걸쳐 비교적 균일한 반사율을 갖고 있다. 이러한 의미에서, 알루미늄은 지르코늄과 유사하며, 일반적으로 본 명세서에서 설명된 교정에서 이용되어 지르코늄 테스트 재료에 형성된 산화물 필름의 테스트에 사용될 수 있다. 즉, 알루미늄과 지르코늄이 동일한 두께의 산화물 필름(두 기판 모두에 동일한 방법을 사용하여 산화물 층을 생성할 때 추정될 수 있음)이 배치되는 기판으로서 사용될 때, 2개의 기판/산화물 층 복합재 조합의 기판/산화물 층으로부터 반사된 광의 스펙트럼 응답(시뮬레이션 모델에 의해 결정되든 또는 조명원으로부터 반사광의 측정에 의해 결정되든)은 서로에 대해 미리 결정된 관계를 가져서, 시스템이 다른 조합으로 이루어진 나중의 실제 측정을 위한 기준 스펙트럼으로서 그러한 하나의 조합의 스펙트럼 응답에 의존할 수 있도록 한다. 이 경우, 미리 결정된 관계는 2개의 조합의 스펙트럼 응답이 사실상 동일하지만, 시스템이 스펙트럼 응답 사이의 변화를 수용할 수 있다는 것, 예를 들어 다른 조합의 기준 스펙트럼 응답과 비교하기 위해 미리 결정된 관계에 따른 그러한 하나의 조합으로부터 수신된 광의 주어진 측정된 스펙트럼 응답을 변환시킬 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 다른 기판 합금, 예를 들어 지르코늄이 본 명세서에 설명된 바와 같이 고려되고 모델링될 수 있음을 이해하여야 한다.

400 nm - 2000 nm의 넓은 파장 범위는 정반사 스펙트럼이 보다 일관된 반사율 값에 비교하여 최소값을 나타내는 다중 파장을 예시한다. 시뮬레이션된 스펙트럼의 가시 부분은 430, 480, 540 및 620 nm에서 간섭 최소값을 갖는다. 그러나, 스펙트럼의 적외선 부분은 880 nm에서 가장 깊은 피크 최소값을 포함한다. 이 예에서, 880 nm 최소 피크는 필름의 두께와 대략 동일하다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 입사광과 필름 두께 간의 일치가 항상 이러한 결과를 생성하는 것은 아니며, 필름 두께로부터 크게 오프셋된 파장에서 1차 피크 최소값이 발생할 수 있음을 이해하여야 한다. 예시된 예로 복귀하여, 작업자는 880 nm에서 또는 상이한 차수 최소값에 대한 파장에서 예상되는 피크 최소값을 포함하는 파장 범위를 선택할 수 있다. 해당 범위를 결정하기 위해, 작업자는 먼저 넓은 파장 범위에 걸쳐 예상되는(결함이 없다고 가정) 정반사 스펙트럼에 대한 시뮬레이션을 검사하고 비피크 데이터와 확실하게 구별될 수 있을 만큼 충분히 깊고 다른 최소 피크의 위치와 혼동하지 않고 그 편이가 식별될 수 있는 다른 최소 피크로부터 충분히 격리된 최소 피크를 선택한다. 아래의 도 3a 내지 도 3c의 분석에 대한 설명은 미리 결정된 최소 피크가 나타날 것으로 예상되는, 본 명세서에 설명된 바와 같이 선택되는 파장 범위를 가정한다.

따라서, 예를 들어, 분광 분석은 테스트 중인 재료의 표면으로부터 반사된 광의 반사 스펙트럼 내에서 선택된 그러한 파장 범위 내에서 국부 최소값의 편이 검출에 기초할 수 있다. 결함의 위치에서 필름 두께의 변화를 야기하는 산화물 필름 결함의 존재를 결정하기 위해 분광 분석이 어떻게 사용될 수 있는지를 설명하기 위해, 도 3a 내지 도 3c는 기판/산화물 필름의 응답이 필름 두께에 따라 어떻게 변할 수 있는지를 예시한다. 도면은, 이 예에서 도 2에 대해 앞서 설명한 바와 같이 작업자에 의해 선택된 파장 하위 범위인 약 400 nm 내지 약 900 nm의 파장 범위에 걸쳐 알루미늄 기판 상의 산화물 필름의 일련의 시뮬레이션된 정반사 스펙트럼(200)을 예시한다. 도 3a 내지 도 3c에 예시된 예에서, 산화물 필름은 가시광선의 파장, 즉, 약 390 nm 내지 약 700 nm보다 얇지만, 가시 스펙트럼 내에서 1차 피크 최소값이 발생한다.

도 3a는 약 180 nm 두께의 산화물 층으로부터 반사된 광의 시뮬레이션된 반사 스펙트럼에서 최소 피크를 예시하며, 이는 오염물이 없다고 가정한다. 도 3a에 예시된 반사 스펙트럼의 하위 범위는 400 nm에서 900 nm까지 연장되고, 최소 피크(202)는 570 nm에서 발생한다. 도 3b는 알루미늄 기판 상의 173 nm 두께의 산화물 필름으로부터 반사된 광에 대한 시뮬레이션된 정반사 스펙트럼(200)을 예시한다. 유사한 최소 피크가 발생하지만, 피크는 202에서 570 nm으로부터 550 nm로 편이되었다. 도 3c는 산화물 층 두께가 167 nm로 감소할 때 최소 피크가 530 nm로 편이되는 것을 예시한다. 따라서, 도 3a 내지 도 3c는 최소 피크의 주파수가 산화물 층 두께의 변화에 대응하는 방식으로(이 경우 직접적으로) 변하는 것을 예시한다. 두께는 산화물 층의 허용성/불량을 판단할 수 있는 기준이므로, 공지된 최소 피크가 발생하는 파장을 검출하고 해당 파장을 산화물 층에서 결함이 없을 때 최소 피크가 발생할 것으로 예상되는 미리 결정된 파장과 비교하는 것은 테스트 중인 영역에 산화물 층 결함이 있는 지의 여부를 나타내는 정보를 제공한다.

위의 설명은 "정반사"를 지칭한다. 이해하여야 하는 바와 같이, "정반사"는 표면에 의한 입사광의 단일 출사 방향으로의 반사, 특히 확산 반사에서 반사되는 것과 달리 이러한 방식으로 반사되는 입사광의 비율을 지칭한다. 정반사가 발생하기 위해서는, 반사 표면이 거울과 같거나 광원의 입사광이 수신되는 표면의 부분이 거울처럼 거동하여 광을 광의 입사각과 동일한 각도로 반사하도록 광원이 표면에 대해 정렬된다. 육안으로 볼 때 표면의 외관은 광이 표면으로부터 모든 방향으로 산란되는 확산 반사와 더 밀접하게 관련된다. 정반사 및 확산 반사 스펙트럼은 동일하지 않지만 서로 밀접하게 관련되어 있다. 이와 같이, 정반사에 기초한 필름 층의 스펙트럼 분석은 육안으로 볼 수 없는 비정상과 확산 반사에 대한 의존성을 드러낼 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 정반사 측정값은 입사각이 반사각과 동일하도록 샘플 재료(101)에 직교하는 측정 케이블의 단부에 분광계 광 수신기의 원위 단부를 위치 설정함으로써 수집된다. 이와 달리, 확산 반사 측정값은 분광계의 원위 단부를 샘플 재료(101)의 표면에 대해 수직이 아닌 각도로 위치 설정함으로써 수집된다. 후자의 배열에서, 광은 분광계 케이블의 원위 단부에 있는 섬유로부터 방출되고 이 섬유에 의해 수집되기 때문에, 분광계는 확산 반사만 측정한다.

일부 경우에, 테스트될 것으로 예상되는 산화물 층 두께/기판 재료에 대한 시뮬레이션된 정반사 스펙트럼은 도 3a 내지 도 3c의 설명에서 위에서 반영된 파장 편이 분석에 유용한 최소 피크를 정의하지 않는다. 이러한 예는 도 5 내지 도 8과 관련하여 아래에서 설명된다. 최소 피크 데이터를 사용할 수 없지만, 산화물 층 두께의 변화로 인해 또한 반사 스펙트럼의 강도 및/또는 형상이 편이될 수 있다. 따라서, 스펙트럼 시뮬레이션이 유용한 최소 피크가 없는 스펙트럼을 초래하는 경우, 작업자는 예상되는 층 두께(결함이 존재하지 않는 경우)로부터 점증적 변화를 각각 나타내는 정반사 및 확산 반사 모두에서 다수의 추가 시뮬레이션을 도출할 수 있고 시뮬레이션의 수집은 발생할 것으로 예상되는 산화물 층 두께 변화의 범위를 포함한다. 이들 시뮬레이션된 스펙트럼을 검토할 때, 작업자는 두께가 다양한 스펙트럼 각각이 시각적으로든 자동으로든 결함이 없는 시뮬레이션된 스펙트럼과 구별할 수 있는 형상 또는 강도 변화를 정의하는 단일 파장 하위 범위를 찾는다.

파장 하위 범위를 선택하면, 작업자는 기판 및 예상되는 산화물 층 두께(산화물 층을 형성하는 방법을 식별하는 것일 수 있음) 및 파장 하위 범위의 시작 및 종료 파장을 식별하는 데이터를 사용자 인터페이스(60)(도 1 및 도 15 참조)에서 프로세서(52)에 입력한다. 프로세서는 기판/두께(또는 형성 방법) 조합과 관련된 파장 하위 범위를 저장한다. 그 후, 작업자가 저장된 기판/두께(또는 형성물) 조합에 대응하는 테스트 재료를 검사할 때, 작업자는 분광계(65)를 통해 스펙트럼 데이터를 획득하기 전에 사용자 인터페이스를 통해 조합을 식별한다. 분광계로부터 출력 데이터를 수신하면, 프로세서는 식별된 조합에 대해 데이터베이스에 저장된 파장 하위 범위 내에 속하는 데이터의 일부를 선택하고, 예를 들어 도 5 내지 도 8에 대해 설명된 예와 관련하여 예시된 바와 같이, 선택된 데이터를 사용자 인터페이스(60)에서 작업자에게 디스플레이한다. 다른 실시예에서, 광학 대역통과 필터는 샘플로부터 반사된 광 내에서 선택된 파장 범위를 통과시키고 선택된 대역 밖의 파장을 배제하기 위해 분광계 시스템 내에서 이용된다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 작업자는 또한 산화물 층 결함의 존재 또는 부재를 결정할 때 카메라(64)로부터의 출력 데이터를 검사할 수 있다. 도 4 및 도 9 내지 도 14와 관련하여 아래에 설명되는 바와 같이, 작업자는 교정 샘플로부터 반사된 광대역 광을 수신하고, 필터의 통과대역으로 반사광을 필터링하며, 필터링된 광을 카메라의 광학 센서로 지향시키기 위해 다양한 여러 파장 제한 광학 필터를 이용하여 기판/산화물 층 교정 샘플을 검사할 수 있다. 카메라의 프로세서는 결과적인 이미지 데이터를 취득하고 데이터를 처리 회로(50)에 출력하며, 처리 회로는 결과적인 이미지를 디스플레이하기 위해 사용자 인터페이스(60)에서 디스플레이를 차례로 구동한다. 이러한 이미지를 보는 작업자는 시행 착오에 기초하여 각각의 기판/두께(또는 형성 방법) 조합에 대해 어떤 파장 범위(반사광을 필터링하는 데 사용되는 주어진 광학 필터에 대응)가 교정 샘플에서 두께 변화의 존재에 최상의 시각적 대비를 제공하는 지 결정한다. 다시, 사용자 인터페이스를 통해, 작업자는 필터가 선택된 기판/두께 조합과 관련된 파장 범위(예를 들어, 주어진 광학 필터의 식별 측면에서)를 식별한다. 그 후, 조합 중 하나에 대응하는 테스트 재료를 검사하기 위해 본 명세서에서 설명된 시스템을 이용할 때, 작업자는 조합을 식별하는 정보를, 사용자 인터페이스를 통해, 프로세서에 입력한다. 프로세서는 조합이 필터 식별과 관련되어 있는 룩업 테이블을 검사하고, 선택된 조합과 관련된 광학 필터를 식별하며, 필터의 식별을 사용자 인터페이스에서 작업자에게 제공한다. 이어서, 작업자는 식별된 광학 필터를 카메라(64)에 적용하여(예를 들어, 주어진 파장 범위에 대한 필터를 설치하거나 원하는 파장 범위를 통과하도록 조절 가능한 필터를 조절함으로써) 카메라가 해당 필터의 통과 대역에 의해 제한되는 광대역 반사광을 수신하고 선택된 파장 범위로 제한되는 사용자 인터페이스에서 프로세서를 통해 작업자에게 이미지를 제공한다. 다른 실시예에서, 작업자가 교정을 통해 결정된 원하는 파장 범위를 프로세서에 통지하고, 그 후 작업자가 광대역 광원을 이용하여 조합 중 하나에 대응하는 테스트 재료를 검사하기 위해 시스템을 이용하고 프로세서에 정보를 입력하여 적용 가능한 기판/두께 조합을 식별한 후에, 프로세서는, 카메라 출력 데이터로 사용자 인터페이스 디스플레이를 구동하기 전에 식별된 조합에 대해 데이터베이스에 저장된 파장 범위로 카메라의 출력 데이터를 전자식으로 필터링한다.

또 다른 실시예에서, 작업자는 카메라 및 분광계에 대한 협대역 조명원을 선택함으로써 출력 데이터에 대한 파장 범위를 제어하며, 여기서 조명원은 원하는 파장 범위로 제한된다.

따라서, 재료 유형 및 원하는 두께가 공지되어 있고, 예를 들어 원하는 파장 값 또는 범위에서 광을 생성하는 능력에 의해 정의된 바와 같은 원하는 조명원은 앞서 설명한 바와 같이 계산 기반 및/또는 실험실 테스트 기반 기준 스펙트럼, 시행 착오 등에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 조명원의 파장 범위는 산화물 필름의 예상된 두께, 예를 들어 지르코늄 상의, 얇은 필름의 경우 400-700 nm, 두꺼운 필름의 경우 950-1650 nm, 또는 다른 적절한 파장 범위를 포함한다. 이 정보를 통해, 작업자는, 예를 들어 반사광에 적용된 광학 필터 또는 반사광에 대응하는 데이터에 적용된 처리 필터의 사용을 통해 시스템에 사용된 광원(들)이 선택된 파장 대역 범위로 제한되거나 이를 포함함을 확인한다.

조명원이 결정되면, 작업자는 테스트 중인 샘플 재료의 검사를 위해 카메라 및/또는 분광계 및 그 대응 광원(들)을 위치 설정한다. 계속해서 도 1을 참조하면, 실험실 테스트에서 사용하기 위한 것과 같은 일부 실시예에서, 카메라 및/또는 분광계는, 검사 플랫폼이 카메라(또는 카메라의 광학계)의 시야 내에 있도록 및/또는 분광계 케이블(110)이 플랫폼 상에 배치된 복합재 샘플(101)의 표면에 도달하여 스캔할 수 있도록 검사 플랫폼(103)에 대해 프레임(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있다. 작업자는 카메라(64) 및/또는 분광계(65)에 의한 검사를 위해 플랫폼(103) 상에 복합재 샘플(101)을 위치한다. 작업자는 카메라 데이터 및/또는 측정 데이터를 캡처하기 위해 하나 이상의 검사 영역에 카메라 렌즈(104) 또는 검사 케이블(110)의 원위 단부를 위치 설정한다.

설치, 수리, 용접 등의 동안과 같이 더 큰 디바이스 또는 시스템 내에서 하나 이상의 구성요소가 제자리에서 검사되는 실시예에서, 작업자는 재료 상의 하나 이상의 검사 영역을 보기 위해 카메라(64) 및/또는 분광계(65)를 배치할 수 있다. 카메라(64) 및/또는 분광계(65)는 아암에 대해 고정된 카메라(64) 및/또는 분광계(65)의 위치를 유지하지만 아암의 움직임을 허용하여 카메라 데이터 또는 측정 데이터를 수집하는 동안 테스트 중인 샘플에 대해 카메라 또는 분광계를 위치 설정하는 조절 가능한 아암 상에 장착될 수 있고 이 후에 작업자에 의해 재위치될 수 있다. 대안적으로, 카메라(64) 및/또는 분광계(65)는 카메라 데이터 또는 측정 데이터를 수집하는 동안 작업자가 카메라(64) 및/또는 분광계(65)를 제위치에 유지하도록 핸드헬드식일 수 있다. 어느 경우든, 카메라(64) 및/또는 분광계(65)는 카메라 데이터 및 측정 데이터를 실시간으로 처리 회로(50)에 출력할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 카메라 및/또는 분광계는 처리 회로와의 유선 연결 없이 작동되지만 데이터를 다운로드하기 위해 유선 또는 무선 연결에 의해 나중에 처리 회로에 연결된다. 카메라 데이터 및/또는 측정 데이터는 나중에 분석 및/또는 처리 회로(50)에 의한 처리를 위해 카메라(64) 및/또는 분광계(65)에서 로컬 메모리에 일시적으로 저장될 수 있다.

아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이 방법은 2개의 분석 구성요소, 예를 들어 카메라 및 분광계 중 하나 또는 둘 모두의 사용을 포함한다. 분석 구성요소 중 하나 또는 둘 모두를 사용하기 위한 선택은 재료 표면의 접근성 및/또는 샘플과 관련된 품질 보증 요구 사항을 기초로 할 수 있다. 일부 경우에, 예를 들어 아직 설치되지 않은 새로운 구성요소를 검사할 때, 카메라의 시야에서 복합재(101)(구성요소)에 완전히 액세스할 수 있으며, 작업자는 카메라(64)를 사용하여 분광계를 사용하지 않고 검사를 수행할 수 있다. 다른 경우에, 예를 들어 복합재 표면의 일부를 카메라의 시야 내에 둘 수 없지만 분광계 케이블에 액세스할 수 있는 경우 또는 재료 표면이 완전히 카메라의 시야 내에 있더라도 카메라 이미지에서 검출된 비정상을 검사하기 위해 보다 철저한 검사가 필요한 경우 또는 용접부를 인증할 때와 같이 품질 보증 요구 사항에 의해 요구되는 경우, 작업자는 검사를 위해 카메라(64)와 분광계(65)를 모두 사용할 수 있다. 또 다른 예에서, 카메라(64)의 크기는 카메라가 검사 영역을 보기 위해 위치 설정되는 것을 방지할 수 있거나, 원하는 조명원을 결정할 때 최상의 파장 범위가 완전히 또는 부분적으로 사람이 볼 수 있는 범위 밖에 있다는 것이 밝혀지고, 작업자는 카메라를 동시에 이용하지 않고도 검사를 수행하기 위해 분광계(65)를 이용한다.

선택한 조명원은 관찰 중인 검사 영역을 조명한다. 검사 영역은 기계, 용기 또는 용기 표면의 하나 이상의 작업자 정의 영역과 같은 복합재 샘플의 미리 정의된 임의의 영역일 수 있다. 일부 경우에, 품질 보증 검사 요구 사항이 복합재 샘플 상의 검사 영역 수 및/또는 위치를 지정할 수 있다. 일부 실시예에서, 검사 영역은 용접부, 조인트 등과 같은 복합재 샘플의 특정 피처와 관련될 수 있으며, 그 위치는 사전에 공지되어 있거나 육안 검사 즉시 식별할 수 있어, 작업자가 피처의 위치를 식별하기만 하면 검사 영역을 선택할 수 있다. 분석에 카메라가 포함되는 경우, 작업자는 카메라의 시야 내에서 원하는 샘플 영역을 위치하기 위해 원하는 영역에 대해 카메라를 (수동으로 또는 앞서 설명한 바와 같이 카메라가 배치된 프레임의 이동을 통해) 위치 설정한다. 작업자 또는 이용되는 경우 처리 회로(50)는 카메라를 활성화하고, 카메라는 사용자 인터페이스 스크린 상에 실시간 카메라 출력 이미지를 디스플레이하는 사용자 인터페이스에 데이터를 출력한다. 작업자는 스크린을 보고 원하는/의도한 검사 영역이 실제로 카메라 이미지(카메라의 시야) 내에 있는 지의 여부를 결정한다. 작업자가 처리 회로를 사용하는 경우, 작업자는 원하는 검사 영역이 카메라 시야 내에 있다는 것을 처리 회로에 확인하기 위해 사용자 인터페이스를 통해 명령을 입력할 수 있다. 원하는 검사 영역이 카메라 시야 내에 있지 않은 경우, 작업자는 원하는 영역을 포함하도록 작업자가 카메라 시야를 가져와야 한다고 믿는 방향으로 카메라를 이동시키고, 작업자가 테스트 중인 재료 표면의 원하는 모든 영역을 분석할 때까지 프로세스를 반복하고 테스트가 종료된 처리 회로(50)에 명령을 입력한다.

작업자 또는 처리 회로가 검사 영역이 카메라 이미지 내에 있음을 확인하면, 작업자 및/또는 검사 시스템(40)은 임의의 고대비 영역 또는 구역이 검사 영역에서 보이는 지를 결정한다. 고대비 영역은 미리 결정된 임계값 레벨을 초과하는 표면으로부터 반사된 광의 파장 변화에 의해 정의되며, 예를 들어 카메라 이미지에서 산화물 층의 구조가 주변 산화물 층과 상이하다는 것을 나타내는 흐린 영역에 대한 눈부심 영역, 색상 변화, 그림자와 광 사이의 변화 등으로서 나타날 수 있다. 고대비 영역을 포함하는 일부 예시적인 카메라 이미지는 도 9 내지 도 13을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 일부 실시예에서, 작업자는 시스템이 사용자 인터페이스(60)(도 15)의 디스플레이에서 제공하는 카메라(64)로부터의 이미지 데이터를 관찰함으로써, 하나 이상의 고대비 영역의 존재를 완전히 수동으로 결정한다. 다른 실시예에서, 작업자는 사용자 인터페이스 디스플레이에 제공된 이미지 정보를 시각적으로 검사하고, 그렇게 하여 하나 이상의 가능한 고대비 영역을 식별한 다음 분광계(65)를 사용하여 식별된 영역의 조사를 수행한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 처리 회로(50)는 카메라(64)에 의해 취득되고 처리 회로에 송신된 전체 이미지를 분석하여 고대비 영역을 자동으로 결정하거나, 예를 들어 분광계를 이용한 작업자의 추가 분석을 위해 이미지의 영역을 작업자에게 (사용자 인터페이스 디스플레이로 구동되는 정보를 통해) 나타낼 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 처리 회로(50)는 기계 비전 또는 물체 검출 이미지 처리 기술을 적용하여 하나 이상의 고대비 영역을 결정한다. 예를 들어, 처리 회로(50)는 카메라 이미지에서 하나 이상의 고대비 영역을 식별하기 위해 재봉 및 레지스트레이션, 형태학적 필터링, 임계화, 픽셀 카운팅, 분할, 에지 검출, 색상 분석, 얼룩 검출, 패턴 인식 등과 같은 이미지 처리 방법을 적용하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 처리 회로(50)는 대비, 특이한 형상 및/또는 기타 지정된 피처를 갖는 피처를 식별하기 위해 일반적인 형상(예를 들어, 야금학적 결정립)의 인식, 대부분의 형상과 상이한 "대비된" 형상의 인식, "잘못된 색상" 개선을 비롯하여 다른 이미지 처리 기술을 적용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 처리 회로(50)는, 전체 이미지가 평가될 때까지 픽셀 또는 기타 기준으로 이미지 표면 이미지에 걸쳐 영역을 편이시키기 위해, 평균 그레이스케일 픽셀 값을 결정하고, 각각의 픽셀의 값과 평균 사이의 차이를 결정하며, 이러한 픽셀의 미리 결정된 영역에 대한 평균 차이를 결정하도록 구성될 수 있다. 이미지 내의 임의의 이러한 영역에 대한 차이 값이 미리 결정된 임계값(예를 들어, 공지된 결함을 갖는 표면의 교정 테스트로부터 결정된)보다 크면, 처리 회로는 54에서 데이터베이스의 식별자를 영역의 픽셀과 관련시켜 해당 영역을 잠재적으로 산화물 층 결함을 포함하는 것으로 식별한다.

수동 검사 중에, 작업자는, 예를 들어 샘플 맵이나 샘플 자체에 마크를 마킹함으로써 또는 다른 적절한 방법에 의해 사용자 인터페이스 디스플레이에 나타낸 공통 출력에 보이는 고대비 영역의 위치를 확인할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 자동화된 검사 동안, 처리 회로(50)는 이미지 내의 고대비 영역의 위치로 이미지 데이터에 주석을 달 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 사용자는 이미지 내의 하나 이상의 위치와 카메라와 샘플 재료 사이의 거리 또는 픽셀/영역 값 중 하나를 식별할 수 있다. 처리 회로(50)는 이미지 내의 위치 및/또는 픽셀/영역 값에 기초하여 분광 검사를 포함하지만 이에 제한되지 않는 추가 검사를 위해 고대비 영역의 위치를 결정할 수 있다.

일부 예시적인 실시예에서, 처리 회로(50)는 카메라로부터 수신된 이미지 데이터에 광 보상을 적용하여 고대비 영역을 식별하기 위한 분석을 위한 증가된 세부사항을 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광 보상은 수신된 데이터에 2-패스 감마 필터와 같은 감마 필터를 적용하는 것을 포함한다. 2-패스 감마 필터는 높은 감마 보정에서 카메라 이미지 데이터에 적용되고 다시 낮은 감마 보정에서 적용될 수 있다. 높은 감마 보정과 낮은 감마 보정을 각각 데이터에 적용하여 2개의 이미지 세트를 초래하면, 프로세서는 높은 감마 보상된 카메라 이미지를 낮은 감마 보상된 카메라 이미지에 추가하거나, 높은 감마 보상된 이미지와 낮은 감마 보상된 이미지를 원래의 카메라 이미지에 모두 추가하여 최종 보상된 이미지를 달성한다. 높은 감마 보상된 카메라 이미지와 낮은 감마 보상된 카메라 이미지는 반사율의 차이로 인해 원래의 이미지 데이터의 상이한 영역을 강조 표시할 수 있으므로, 이미지 데이터의 추가 세부 사항이 고대비 영역의 식별을 위해 검출될 수 있게 한다. 감마 필터에 대한 파라미터는 주파수 응답 시뮬레이터, 실험실 테스트, 및/또는 시행 착오를 이용하는 하나 이상의 계산에 기초하여 결정될 수 있다.

재료(101)가 검사 플랫폼(103)에서 검사되는 경우에, 작업자 또는 처리 회로(50)는 위치 설정 모터(66)가 검사 플랫폼(103)을 피봇식으로 또는 달리 이동시키게 하여 카메라(64)의 렌즈 축에 대한 검사 플랫폼(103)의 각도를 변경함으로써, 직각으로부터 카메라(64)의 광축에 대한 재료의 대체로 평면형 표면의 각도를 변경시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 작업자 또는 처리 회로(50)는 위치 설정 모터가 카메라(64)를 이동시키게 하여 복합재(101)의 표면에 대한 카메라(64) 광축의 각도가 90°로부터 변화하도록 할 수 있다. 처리 회로(50)가 하나 이상의 위치 설정 모터로 하여금 카메라 및/또는 검사 플레이트를 이동시키게 하는 정도는 사용자 인터페이스를 통한 작업자 입력에 응답하여 정의된다. 각도의 변화는 1도, 3도, 5도, 10도 또는 임의의 다른 적절한 각도 변화일 수 있으며, 변경은 점증적 단계로 또는 연속적으로 이루어질 수 있다. 각도의 변화는 비정상 필름 두께 또는 오염으로 인한 것과 같이 산화물 층의 반사율 변화로 인해 이미지에서 눈부심 또는 기타 반사 비정상, 예를 들어 고대비 영역이 더 쉽게 인지되도록 할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 작업자 또는 처리 회로(50)는 분광계(65)를 사용하여 복합재(101)의 스펙트럼 분석을 수행할 수 있다. 작업자는, 예를 들어 카메라(64), 특히 카메라의 시야가 검사 영역에 액세스할 수 없을 때, 작업자가 카메라(64)에 의해 취득되고 사용자 인터페이스 디스플레이 상에 디스플레이된 카메라 이미지 데이터 내에서 하나 이상의 고대비 영역을 시각적으로 식별하고 분광계를 이용하여 시각적 평가를 확인하거나, 또한 작업자가 카메라 이미지에 의존하는 지의 여부에 관계없이 단순히 작업자가 분광 사진을 이용하여 테스트 표면적의 하나 이상의 부분을 평가하는 절차의 일부로서 이용하기를 원할 때, 스펙트럼 분석을 수행할 수 있다.

작업자 또는 처리 시스템은 검사 영역에서 검사 케이블(110)의 원위 단부를 위치 설정한다. 처리 회로(50)가 검사 케이블의 위치를 제어하는 예에서, 검사 케이블은 롤러의 구동이 테스트 표면 상에서 검사 테이블을 이동시키도록 검사 케이블의 면과 테스트 표면 사이에 인터페이싱하는 롤러를 구동하는 위치 설정 모터를 포함하는 전동 조인트를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 검사 케이블 헤드가 테스트 표면 상에 작동식으로 배치되고 검사 케이블 헤드 주위로 연장되는 주변 구조의 각각의 개구를 통해 연장될 때 검사 케이블 헤드에 부착된 복수의 가이드 케이블을 포함한다. 각각의 위치 설정 모터는 주어진 케이블 쌍에 부착되어, 위치 설정 모터를 한 방향으로 작동하면 하나의 케이블이 당겨지고 다른 쪽은 풀리게 된다. 2개의 케이블이 검사 케이블 헤드의 반대쪽 단부 또는 측면에 부착되어 있기 때문에, 검사 케이블 헤드가 검사 케이블 헤드로부터 풀링 케이블이 주변을 통해 연장되는 지점을 향하는 방향으로 이동하게 한다. 반대 방향으로 위치 설정 모터를 구동하면 역기능이 유발되어 검사 케이블 헤드가 반대 방향으로 이동한다. 각각의 케이블 쌍은 검사 케이블 헤드에 부착되고, 다음 2개의 인접한 케이블 쌍에 대해 각도 오프셋 위치에서 주변을 통해 연장되므로, 검사 케이블 헤드는 올바른 케이블 쌍을 선택하여 대응 위치 설정 모터를 올바른 방향으로 구동시킴으로써 대체로 임의의 방향으로 이동될 수 있다. 다른 실시예에서, 와이어 가이드는 스크류 드라이브로 대체되거나 다른 기계, 전기, 유압 또는 공압 선형 액추에이터가 사용될 수 있다. 이러한 배열에서, 프로세서는 위치 설정 모터(들)와 작동 통신하므로, 사용자 인터페이스(60)(도 15)를 통해 제공되는 작업자의 방향 및 거리 명령에 응답하여, 처리 회로의 프로그래밍이 프로세서로 하여금 하나 이상의 위치 설정 모터를 구동시켜 검사 케이블을 원하는 검사 영역으로 이동시키게 하도록 구성된다. 일부 예시적인 실시예에서, 검사 케이블은 샘플(101)의 표면에 대해 고정된 위치에서 검사 케이블을 유지하도록 구성된 장착 블록에 구속될 수 있다. 위치 설정 모터는 장착 블록을 이동시켜 검사 케이블을 원하는 검사 영역으로 위치 설정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 검사 케이블(110)은 손에 의해 이동되고 측정 동안 작업자의 손 또는 장착 블록에 의해 원하는 검사에서 유지될 수 있다. 테스트 샘플의 표면은 평면형, 곡선형 또는 기타 형상일 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 분광계(65)는 섬유가 광을 케이블(110)의 원위 단부로 전달하도록 조명 섬유(112)에 적용된 광을 생성하는 광원(예를 들어, 일련의 LED, 백열 전구, 약간의 스펙트럼 피처를 갖는 기타 광대역 조명 등)을 포함한다. 이 광은 케이블 원위 단부로부터 출력되고 테스트 재료(101)의 표면으로부터 반사된다. 케이블(110)의 원위 단부에 있는 입력 섬유(114)의 단부는 재료의 표면으로부터 반사된 광을 수신하고 수신된 광을 다시 분광계 처리 장비로 전달한다. 이에 응답하여, 분광계(65)는, 조명원의 생성된 광의 파장 범위 또는 도 3a 내지 도 3c에 예시된 바와 같이, 전술한 바와 같이, 예를 들어 기판 재료의 제조업자에 의해 제공된 바와 같이 선택된 파장 범위에 대한 재료의 반사율을 결정하고 그 대응하는 측정 데이터를 생성한다. 즉, 분광계(65)의 프로세서는 수신된 광의 반사 스펙트럼을 생성한다. 분광계(65)는 스펙트럼 데이터를, 메모리(54)에 스펙트럼을 저장하고 사용자 인터페이스(62)(도 15)의 디스플레이에서 스펙트럼의 디스플레이를 구동하는 처리 회로(50)(도 1), 더 구체적으로 프로세서(52)(도 15)로 출력한다. 작업자는 검사 케이블(110)을 위치 설정하고 검사 영역의 하나 이상의 지점에서 측정을 행할 수 있으며, 예를 들어 밀리미터당 측정, 센티미터당 측정, 또는 다른 적절한 측정 밀도에서의 측정을 수행하여 검사 영역 내의 복수의 위치를 조사할 수 있다. 일부 예에서, 특히 작업자가 케이블 원위 단부를 샘플의 표면 위에서 연속적으로 이동시키는 경우, 처리 회로는 스펙트럼 응답이 샘플 표면에 걸쳐 달라지기 때문에 스펙트럼 응답을 설명하기 위해 하나 이상의 측정 그래프에 오버레이된 사용자 인터페이스(62)(도 15)에서 측정 데이터를 제공함으로써, 스펙트럼 응답의 편차를 쉽게 식별할 수 있다. 예시적인 측정 데이터 스태킹 또는 오버레이가 도 5 내지 도 8을 참조하여 아래에서 설명되는 예에 도시되어 있다. 또한, 작업자는 산화물 층 결함을 포함할 가능성을 갖도록 미리 결정된 샘플의 선택된 영역 위로 케이블 단부를 이동시킬 수 있다.

예시적인 실시예에서, 처리 회로(50)는 검사 영역에서 각각의 측정 위치를 추적할 수 있다. 예를 들어, 위치 설정 모터, 예를 들어 스테퍼 모터는 위치 설정 모터의 동작에 기초하여 하나 이상의 축에서의 위치 변화를 결정하도록 구성된 선형 인코더를 포함하거나 이와 관련될 수 있다. 작업자는 검사 영역 내의 제1 공지된 위치(예를 들어, 작업자가 테스트 중인 구성요소에 물리적으로 마킹한 위치)에 검사 케이블을 위치 설정할 수 있고, 이는 처리 회로에 의해 저장된 미리 결정된 데카르트 좌표 맵에 대응할 수 있는(또는 실시예에 따라 대응할 수 없는) 2차원 표면인 것으로 가정된다. 해당 위치에서, 작업자는 분광계와 직접 또는 사용자 인터페이스를 통해 상호 작용하여, 분광계 광원이 활성화되게 함으로써 케이블 원위 단부로부터 방출되는 광원의 광으로 제1 공지된 위치를 조명한다. 해당 광은 샘플 표면으로부터 중앙에 위치한 입력 섬유(114)(도 1)로 반사하고, 이는 광을 분광계로 지향시켜, 예를 들어 도 3a 내지 도 3c 또는 도 5 내지 도 8에 예시된 바와 같이 스펙트럼 공명 대 파장 데이터 세트를 생성한다. 작업자 및/또는 처리 회로(50)는 그 다음 검사 케이블 단부를 다음 증분 위치로 구동하거나 특정 용례에 따라 동일한 검사 영역의 다음 조사 위치로 구동하여, 검사 케이블 및 분광계가 유사한 방식으로 새로운 스펙트럼 반사율 데이터 세트를 취득하게 한다. 이에 의해, 이 프로세스를 반복하면 처리 회로가 도 5 내지 도 8에서와 같이 사용자 인터페이스 스크린에 동시에 디스플레이될 수 있는 복수의 데이터 세트를 취득하게 된다. 처리 회로(50)는 위치 설정 모터의 동작을 나타내는 인코더 데이터 및 제1 공지된 위치에 기초하여 각각의 측정값의 현재 위치를 결정한다. 일부 예시적인 실시예에서, 처리 회로(50)는 샘플 재료의 표면에 대해 수직이 아닌 각도로 분광계 케이블의 원위 단부를 위치 설정함으로써 각각의 조사 위치에서 확산 반사율 데이터가 수집되게 할 수 있다.

일단 검사 영역이 분광계를 이용하여 조사되면, 작업자 또는 처리 회로(50)는, 주어진 위치에서의 반사 스펙트럼이, 결함이 존재하는 것으로 밝혀질 선택된 파장 범위에 걸쳐 산화물 층에 결함이 없는 경우에 예상되는 반사 스펙트럼과 충분히 상이한 지의 여부를 결정하기 위해 각각의 측정 위치에서 측정을 위한 반사 스펙트럼 데이터를 분석한다. 측정은 특정 재료, 필름 및 예상되는 결함에 대한 교정에 따라 정반사 또는 확산 반사 스펙트럼에서 수행될 수 있다. 예를 들어 미리 결정된 허용 기준을 벗어나는 임의의 하나의 측정이 있는 경우 또는 동일한 또는 근접하게 위치 설정된 위치에서 복수의 측정의 평균 스펙트럼으로 계산된 측정 반사 스펙트럼이 미리 결정된 기준을 벗어난 경우에 관심 영역이 식별될 수 있다. 단일 측정된 반사 스펙트럼 뿐만 아니라 동일한 또는 가깝게 위치 설정된 위치에서 복수의 측정된 반사 스펙트럼의 평균 또는 기타 통합은 해당 용어가 본 명세서에 사용될 때 측정 스펙트럼을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5 내지 도 8에 도시된 예를 참조하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 측정 반사 스펙트럼(단일 분광계 측정 또는 다중 측정값의 평균 또는 기타 수집으로부터 기인함)이 미리 결정된 기준 내에 또는 외부에 속하는 지의 여부를 결정하기 위해, 작업자 또는 처리 회로(50)는 실제 측정 반사 스펙트럼을 앞서 설명한 바와 같이 결정된 파장 범위에 걸쳐 기준 스펙트럼과 시각적으로 또는 자동으로 비교할 수 있다. 비교는, 예를 들어 기준 반사 스펙트럼과 비교하여 측정 반사 스펙트럼의 형상 및 위치의 차이 또는 측정 및 기준 스펙트럼의 개별 특성, 예를 들어 특정 최소값 및 피크 강도의 차이를 기초로 할 수 있다.

이러한 실시예에서, 분석은 측정 스펙트럼을 비교할 예상 또는 기준 스펙트럼에 의존한다. 이는 차례로 기준 스펙트럼의 정의에 의존한다. 기준 스펙트럼은, 예를 들어 테스트 중인 재료 또는 테스트 중인 복합 재료와 동일하거나 동등한(또는 앞서 설명한 바와 같이 스펙트럼 응답과 관련하여 미리 결정된 관계를 갖는) 재료 및 산화물 층 성장 방법의 하나 이상의 샘플의 복수의 개별, 실제 분광 측정값(도 5 내지 도 8 참조), 또는 이러한 복수의 개별, 실제 측정값의 평균 또는 다른 형태의 통합일 수 있고, 여기서 그러한 측정이 이루어지는 테스트 중인 재료 또는 교정 샘플은 산화물 층의 두께에 영향을 미치는 결함이 없는 것으로 알려져 있거나, 달리 그러한 측정이 이루어지는 테스트 중인 재료 또는 교정 샘플의 산화물 층 두께가 미리 결정된 예상된 값인 것으로 알려져 있다. 대안적으로, 작업자는 테스트 중인 재료 및 산화물 층과 동일하거나 동등한 기판 재료 및 산화물 층 성장 방법/두께를 가정하고, 앞서 설명한 바와 같은 계산 모델을 통해 기준 스펙트럼을 결정할 수 있다. 또한, 기준 스펙트럼은 테스트 중인 재료 또는 등가(산화물 층 두께 및 반사율 측면에서) 재료의 제조업자가 제공한 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 작업자는 테스트 중인 재료 표면의 넓은 영역에 걸쳐 복수의 개별 위치에서 분광계로 복수의 측정을 수행하고 미리 결정된 파장 범위(앞서 설명된 바와 같이 결정됨)에 걸쳐 이러한 측정에 대한 반사 스펙트럼을 취득함으로써 예상되는 측정 데이터를 생성하기 위해 시스템을 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스(60)의 디스플레이에서 작업자가 볼 때, 결과적인 반사 스펙트럼의 수집은, 산화물 층 두께가 예상된 값(기준, 또는 정상, 스펙트럼)에 있는 테스트 재료의 위치에서 행한 측정으로부터 생긴 유사한 형상, 파장 위치, 및 강도를 갖는 하나 이상의 반사 스펙트럼을 포함할 수 있고, 다른 하나 이상의 스펙트럼(있는 경우)은 형상, 파장 위치(예를 들어, 피크 최소값의), 및/또는 강도(예를 들어, 비정상 스펙트럼)가 독특하게 상이하다. 디스플레이를 볼 때, 작업자는 유사한 복합 재료의 측정을 평가할 때 작업자의 판단과 경험을 기초로 정상 스펙트럼과 비정상 스펙트럼을 구분할 수 있다. 흔히, 예를 들어, 비정상 스펙트럼보다 더 많은 수의 정상 스펙트럼이 있을 수 있으므로, 작업자는 유사한 형상, 파장 위치, 및/또는 강도를 가진 스펙트럼의 대부분을 기준 스펙트럼으로 결정할 수 있다. 다시 말해서, 기준 스펙트럼은 이러한 정상 스펙트럼의 수집을 포함할 수 있으며, 또는 작업자는 예를 들어 복수의 정상 스펙트럼을 선택하고 처리 회로에 의해 평균화 루틴(사용자 인터페이스를 통해 제공되는 명령을 통해)을 실행함으로써 해당 정상 스펙트럼을 평균화할 수 있다. 대안적으로, 작업자는 테스트 중인 재료와 동일하거나 동등한 기판에 산화물 필름을 생성하고 테스트 중인 재료에 산화물 층이 형성되는 것과 동일하거나 동등한 방법으로 실험실 조건에서 샘플 복합 재료를 검사하고, 결함이 존재하지 않음을 또는 달리 산화물 층 두께가 예상대로인 지를 확인하고, 교정 샘플 재료의 상이한 위치에서 복수의 분광 측정을 수행하며, 유사하게 기준 반사 스펙트럼을 결정한다. 다른 실시예에서, 테스트 중인 재료의 제조업자는 제조업자에 의해 선택된 파장 범위에 걸쳐 기준 반사 스펙트럼을 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 작업자는 테스트 중인 재료와 동일한 가정된 조건(예를 들어, 기판 재료 및 산화물 층 성장 방법)에서 컴퓨터 프로그램 모델을 사용하여 앞서 설명된 바와 같이 결정된 파장 범위에 걸쳐 기준 스펙트럼, 최소 피크 파장 및 최소 피크 강도(또는 기준 스펙트럼 자체를 결정하지 않고 최소 피크 파장 및 최소 피크 강도)를 계산한다. 이러한 기준 스펙트럼은 프레넬 수학식 및 그러한 조건을 적용하여 생성될 수 있다. 작업자는 또한 사용자 인터페이스를 통해 기준 스펙트럼을 설명하는 데이터를 입력할 수 있다.

시스템이 기준 측정 데이터를 결정하게 하거나 사용자 인터페이스 또는 데이터 전달 인터페이스를 통해 처리 회로에 제조업자 생성 기준 측정 데이터를 제공한 작업자는 기준 스펙트럼을 저장하도록 처리 회로(50)(도 1 및 도 15)에 명령을 제공하고, 처리 회로(50)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 실제 테스트 표면 측정과 비교하기 위해 대응하는 필름 성장 방법으로서 정의될 수 있는 기판 재료 및 산화물 층 두께와 관련한 각각의 기준 스펙트럼 데이터를 저장한다.

분광계(65)를 이용하여 테스트 재료 표면 상의 위치의 반사 스펙트럼을 취득할 때, 작업자는 취득된 실제 측정 스펙트럼이 테스트 중인 재료와 동일한 기판 재료 및 필름 성장 방법에 대응하는 예상 또는 기준 반사 스펙트럼으로부터 충분히 벗어나는 지의 여부를 결정하기 위해 시스템(40)을 이용함으로써 해당 위치에서 테스트 재료의 산화물 층의 결함을 식별한다. 예를 들어, 처리 회로는 테스트 재료에 적용 가능한 것과 동일한 기판 재료 및 필름 성장 방법을 위한 기준 스펙트럼 위에 오버레이된 측정 스펙트럼을 사용자 인터페이스(60)에서 디스플레이하므로, 작업자는 측정 및 기준 스펙트럼을 시각적으로 비교하여, 예를 들어 경험에 기초하여, 기준 스펙트럼으로부터 측정 스펙트럼의 편차(예를 들어, 스펙트럼 형상, 강도 및/또는 피크 최소 파장 위치)가 산화물 층 결함에 대응하는 지의 여부를 결정한다. 육안 검사를 통해 결함의 존재를 결정하면, 작업자는 사용자 인터페이스를 구동하여 결함의 존재 표시를 선택하고, 이에 의해 사용자 인터페이스가 대응 데이터를 처리 회로(50)에 전송하게 하고, 처리 회로는 결함 선택을 시스템 메모리의 측정 스펙트럼(예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이 샘플 표면 상의 측정 스펙트럼의 위치 포함)과 연관시킨다. 측정 스펙트럼이 작업자의 판단으로 기준 스펙트럼(예를 들어, 형상, 강도 및/또는 피크 최소 파장 위치)에 충분히 가까워 결함이 없음을 나타내는 경우, 작업자는 사용자 인터페이스를 구동하여 결함이 없음을 나타내고 사용자 인터페이스가 대응 신호를 처리 회로로 전송하게 하며, 처리 회로는 시스템 메모리의 측정 스펙트럼과 관련된 결과를 저장한다. 대안적으로 또는 추가로, 프로세서(52)는, 예를 들어 평균 제곱근 편차, 주성분 분석, 및 피크 피팅 알고리즘을 포함하지만 이에 제한되지 않는 곡선 매칭 알고리즘을 실행하여, 측정 스펙트럼과 기준 스펙트럼(예를 들어, 형상, 파장 위치 및/또는 강도) 사이의 차이를 정량적으로 평가하고 차이가 테스트를 통해 결정된 미리 결정된 임계값을 초과할 때 산화물 층 결함을 식별한다. 이러한 자동화된 수단을 통해 결함의 존재 또는 부재에 대한 결론에 도달하면, 처리 회로는 측정 스펙트럼과 관련하여 결과적인 결론을 메모리에 저장한다.

예를 들어, 정반사 기준 스펙트럼 및 정반사 측정 스펙트럼이 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이 최소 피크 파장 편이를 입증하는 경우, 작업자는 (예를 들어, 마우스, 키보드, 또는 터치 스크린과 같은 시스템/사용자 인터페이스 입력 디바이스를 사용하여) 기준 스펙트럼 이미지 상에 최소 피크를 그리고 실제 측정 스펙트럼 이미지 상에 최소 피크를 마킹할 수 있다. 이는 최소 피크의 파장 위치를 식별하고 사용자 인터페이스가 대응 데이터(즉, 사용자 인터페이스를 통해 사용자에 의해 식별된 파장)를 처리 회로(50)/프로세서(52)로 전달하게 한다. 프로세서는 식별된 2개의 피크 사이의 파장 차이를 결정하고 그 차이를 사용자 인터페이스 디스플레이에 디스플레이한다. 그 다음, 작업자는 작업자의 판단 및/또는 경험에 기초하여, 그 차이가 산화물 층 결함을 나타내는 두께 변화를 나타내는 지의 여부를 결정할 수 있다. 대안적으로, 작업자가 메모리(54)에 저장된 이 기판/층 두께(예를 들어, 형성 방법에 의해) 조합에 적용 가능한 파장 편이 임계값을 미리 결정한 경우, 프로세서는 계산된 파장 편이를 적용 가능한 조합에 대응하는 저장된 임계 파장 편이와 비교하고 측정된 파장 편이가 임계값을 넘어서 결함을 나타내는 지 또는 임계값 내에 있어 결함의 부재를 나타내는 지의 여부를 결정한다. 처리 회로는 사용자 인터페이스를 구동하여 결과를 식별하는 정보를 디스플레이한다. 또한, 앞서 설명한 기준 스펙트럼을 결정하는 단계가 정반사 기준 스펙트럼에 대한 최소 피크를 식별하는 것(예를 들어, 시각적 작업자 식별 및 시스템으로의 수동 작업자 입력, 기준 스펙트럼에 적용된 피크 찾기 알고리즘에 의한 프로세서(52)에 의한 자동 식별, 또는 기판 재료 제조업자로부터의 기준 스펙트럼 피크 식별 데이터의 수신 및 시스템으로의 입력에 의해)과 54에서 기판/층 두께 조합 기록과 관련한 기준 스펙트럼 최소 피크를 저장하는 것을 포함하는 경우, 그리고 작업자가 적용 가능한 조합 기록과 관련하여 54에서 메모리에 저장된 이 조합에 적용 가능한 파장 편이 임계값을 미리 결정한 경우, 프로세서는 측정 스펙트럼의 최소 피크를 자동으로 식별하는 정반사 측정 스펙트럼(선택된 또는 미리 결정된 파장 범위 내)에 대해 (최소) 피크 식별 알고리즘을 실행하고, 계산된 최소 피크 파장을 미리 결정된 기준 스펙트럼 최소 피크 파장과 비교하여, 둘 사이의 파장 차이를 결정한다. 프로세서는 계산된 파장 편이를 적용 가능한 조합에 대응하는 임계값과 비교하고 파장 편이가 임계값을 넘어서 결함을 나타내는 지 또는 임계값 내에 있어서 결함의 부재를 나타내는 지의 여부를 결정한다. 처리 회로는 사용자 인터페이스를 구동하여 결과를 식별하는 정보를 디스플레이한다.

작업자가 주관적으로 결함의 존재를 결정하는 경우, 작업자는 이 결정을 식별하는 정보를 사용자 인터페이스를 통해 프로세서에 입력한다. 언급한 바와 같이, 프로세서는 54에서 대응 측정에 대한 측정 스펙트럼 및 그 위치(테스트 중인 재료 표면 상의)를 저장하는 데이터 기록에 결함의 존재를 나타내는 데이터를 저장하여 작업자가 나중에 추가 분석 및 가능한 수리를 위해 결함 위치를 식별할 수 있게 한다. 프로세서가 결함의 존재를 자동으로 결정하는 경우, 프로세서는 54에서 측정 데이터 기록과 함께 대응 정보를 자동으로 저장한다.

유사하게, 기준 스펙트럼(정반사 또는 확산 반사)과 측정 스펙트럼(정반사 또는 확산 반사, 그러나 기준 스펙트럼과 동일한 유형) 사이의 차이가 주로 선택된 파장 범위에 대한 반사 강도의 편이인 경우, 작업자는 기준 스펙트럼 이미지 상의 지점과 실제 측정 스펙트럼 이미지 상의 지점을 마킹할 수 있으며, 그 차이는 스펙트럼 사이의 강도 편이를 나타내는 것으로 작업자가 판단한다. 이는 기준 및 측정 스펙트럼의 강도 위치를 식별하고 사용자 인터페이스가 대응 데이터를 처리 회로(50)/프로세서(52)로 전달하게 한다. 프로세서는 선택한 2개의 위치 사이의 강도 차이를 결정하고 그 차이를 사용자 인터페이스 디스플레이에 디스플레이한다. 그 다음, 작업자는 작업자의 판단 및/또는 경험에 기초하여, 그 차이가 산화물 층 결함을 나타내는 두께 변화를 나타내는 지의 여부를 결정할 수 있다. 대안적으로, 작업자가 메모리(54)에 저장된 이 기판/층 두께(또는 형성 방법) 조합에 적용 가능한 강도 편이 임계값을 미리 결정한 경우, 프로세서는 계산된 강도 편이를 적용 가능한 조합에 대응하는 임계값과 비교하고 강도 편이가 임계값을 넘어서 결함을 나타내는 지 또는 임계값 내에 있어 결함의 부재를 나타내는 지의 여부를 결정한다. 처리 회로는 사용자 인터페이스를 구동하여 결과를 식별하는 정보를 디스플레이한다. 또한, 앞서 설명한 기준 스펙트럼을 결정하는 단계가 기준 스펙트럼에 대한 기준 강도를 식별하는 것(예를 들어, 시각적 작업자 식별 및 시스템으로의 수동 작업자 입력, 미리 결정된 파장 범위에 걸쳐 기준 스펙트럼에 적용된 평균화 알고리즘에 의한 프로세서(52)에 의한 자동 식별, 또는 기판 재료 제조업자로부터의 기준 스펙트럼 평균 반사 강도 데이터의 수신 및 시스템으로의 입력에 의해)과 54에서 기판/층 두께 조합 기록과 관련한 기준 스펙트럼 강도를 저장하는 것을 포함하는 경우, 그리고 작업자가 적용 가능한 조합 기록과 관련하여 54에서 메모리에 저장된 이 조합에 적용 가능한 반사 강도 임계값을 미리 결정한 경우, 프로세서는 측정 스펙트럼의 강도를 자동으로 식별하는 측정 스펙트럼(선택된 또는 미리 결정된 파장 범위 내)에 대해 반사 강도 평균화 알고리즘을 실행하고, 계산된 강도를 미리 결정된 기준 스펙트럼 강도와 비교하여, 둘 사이의 강도 차이를 결정한다. 프로세서는 계산된 강도 차이를 적용 가능한 조합에 대응하는 임계값과 비교하고 강도 차이가 임계값을 넘어서 결함을 나타내는 지 또는 임계값 내에 있어 결함의 부재를 나타내는 지의 여부를 결정한다. 처리 회로는 사용자 인터페이스를 구동하여 결과를 식별하는 정보를 디스플레이한다.

작업자가 주관적으로 결함의 존재를 결정하는 경우, 작업자는 이 결정을 식별하는 정보를 사용자 인터페이스를 통해 프로세서에 입력한다. 프로세서는 54에서 대응 측정에 대한 측정 스펙트럼 및 그 위치(테스트 중인 재료 표면 상의)를 저장하는 데이터 기록에 결함의 존재를 나타내는 데이터를 저장하여 작업자가 나중에 추가 분석 및 가능한 수리를 위해 결함 위치를 식별할 수 있게 한다. 프로세서가 결함의 존재를 자동으로 결정하는 경우, 프로세서는 54에서 측정 데이터 기록과 함께 대응 정보를 자동으로 저장한다.

측정 스펙트럼의 최소 피크 파장 편이 또는 강도 편이는 기준 스펙트럼 최소 피크 파장 또는 반사 강도보다 더 높거나 낮을 수 있다. 이러한 높거나 낮은 편차는 앞서 설명한 바와 같이 기준 반사 스펙트럼을 포함하는 데 사용되는 복수의 교정 반사 스펙트럼에 의해 결정된 기준 스펙트럼 값으로부터 대략 적어도 하나의 표준 편차이거나 그를 초과하는 경우 산화물 필름 결함으로 식별될 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 표준 편차, 또는 파장 측면에서 정의된 파장 편이의 차이, 반사율 측면에서 정의된 강도의 차이와 같은 다른 임계값이 정의될 수 있으며, 각각은 테스트 재료와 동일한 재료로 제조되고 테스트 재료 상의 산화물 필름과 동일한 방식으로 성장된 산화물 층을 갖는 샘플 재료의 테스트를 통해 정의된다. 또한, 이러한 테스트에 기초하여, 저파장 편이에 대한 임계값은 높은 파장 편이에 대한 임계값과 상이할 수 있고, 저강도 편이에 대한 임계값은 고강도 편이에 대한 임계값과 상이할 수 있다. 또한, 앞서 설명된 방법 중 임의의 것에 대한 비교를 위한 임계값은 테스트 중인 재료의 제조업자에 의해 제공될 수 있다. 측정 최소 파장과 기준 최소 파장, 측정 강도와 기준 강도, 및/또는 측정 반사 스펙트럼 형상과 기준 반사 스펙트럼 형상을 비교하는 앞서 설명한 방법은 단지 예시를 위한 것이며, 본 기술 분야의 숙련자라면 다른 적절한 방법이 적절하게 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 설명된 분석은 검사 중에 동적으로 수행되거나 하나 이상의 측정 후에 수행될 수 있다.

카메라 이미지 분석 및/또는 스펙트럼 분석에 기초하여, 작업자 및/또는 처리 회로는 테스트 중인 복합 재료의 산화물 층의 일반적인 허용성을 결정할 수 있다. 허용성은, 고대비 영역을 갖는 카메라 이미지(또는 카메라 이미지의 미리 결정된 백분율 이하) 없음, 미리 결정된 최소 피크 파장 미만 또는 미리 결정된 최소 피크 파장 초과를 갖는 측정값(또는 측정값의 미리 결정된 백분율 이하) 없음, 미리 결정된 강도 미만 또는 미리 결정된 강도 초과를 갖는 측정값(또는 측정값의 미리 결정된 백분율 이하) 없음, 예상된 최소 피크 파장으로부터 최대 편차를 갖는 측정값(또는 측정값의 미리 결정된 백분율 이하) 없음, 예상된 강도로부터 최대 편차, 또는 측정된 최소 피크 파장 또는 피크 강도에 기초한 예상된 필름 두께(두께 범위를 포함)로부터의 최대 편차, 산화물 층의 오염 결여, 산화물 층에서 미리 결정된 특정 오염물의 결여, 또는 다른 적절한 기준을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 수락 기준을 기초로 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 프로세서(52)는 측정이 이루어진 테스트 표면의 식별과 함께 각각의 분광 측정에 대한 관련 기준을 설명하는 데이터를 메모리(54)에 저장한다. 작업자가 테스트 중인 표면에 대한 측정을 완료하면, 작업자는 검사가 완료되었음을 프로세서(52)에 나타내는 사용자 인터페이스를 통해 데이터를 입력한다. 그 후, 프로세서(52)는 테스트 재료에 대해 메모리(54)에 저장된 모든 측정 기록을 평가하고, 앞서 설명된 기준 중 하나 이상 중 임의의 것이 해당 기록에 의해 정의된 바와 같이 존재하는 지의 여부를 결정하고, 테스트 표면이 해당 기준에 기초하여 허용 가능한 지의 여부를 사용자 인터페이스(60)에 디스플레이한다. 허용성은 합격/불합격 표시일 수 있으며, 산화물 필름 두께, 및/또는 재료(101)의 관찰, 또는 다른 적절한 보고 또는 판독과 같은 허용 가능한 기준을 포함할 수 있다.

복합 재료(101)가 허용 가능한 것으로 결정된 경우, 복합 재료(101)는 핵 용례, 증기 시스템 구성요소 또는 기타 내식성이 중요한 용례의 클래딩과 같이 미리 결정된 용례에 설치되거나 사용될 수 있다.

도 4 내지 도 16은 앞서 설명한 프로세스에 따라 선택된 조명원을 사용하여 카메라 이미지 및 스펙트럼 분석 모두를 겪은 예시적인 재료를 예시한다. 도 4는 4개의 예시적인 복합 재료 쿠폰(300)을 예시한다. 제1 쿠폰(302)은 1; 합금 A, 두꺼운 필름으로부터 식별되고 용접부(303)를 포함한다. 제2 쿠폰(304)은 2; 합금 A, 얇은 필름으로서 식별된다. 제3 쿠폰(306)은 3; 합금 B, 두꺼운 필름으로서 식별된다. 제4 쿠폰(308)은 4; 합금 B, 얇은 필름으로서 식별된다. 각각의 쿠폰은 산화물 층이 성장된 기판으로서 2개의 지르코늄 합금 A 또는 B 중 하나를 포함한다. 도 4는 가시 스펙트럼에서 카메라에 의해 취득된 이러한 쿠폰의 이미지를 예시하고, 도 9 내지 도 13은 다양한 렌즈 및 광원을 사용하여 본 명세서에 설명되고 64(도 1 및 도 15)로 나타낸 시스템의 구성요소를 포함하는 SWIR 카메라에 의해 취득된 이러한 동일한 쿠폰의 이미지를 도시한다. 대부분의 이미징 조건은, 취득한 이미지를 60(도 15)에서와 같이 디스플레이에서 볼 때, 두꺼운 필름을 갖는 쿠폰의 텅스텐 오염 영역을 나타내기 위해 적절한 대비를 제공하였다. SWIR 카메라를 사용한 얇은 필름 검사는 경우에 따라 정상 얇은 필름과 비정상 얇은 필름 사이에 최소의 또는 검출될 수 없는 대비를 유발하였다. 이와 같이, 예를 들어 65(도 1 및 도 15)에서와 같은 분광계를 이용하는 정반사 스펙트럼 분석은 위에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 허용성을 결정하고 및/또는 오염을 식별하는 데 사용될 수 있다. 오염은 샘플 재료를 형성하는 데 사용된 잉곳에 내재되어 있을 수 있고, 용접 중에 도입될 수 있으며, 베이스 금속으로 확산된 표면 오염물일 수 있다. 베이스 금속의 오염은 그 위에 성장된 산화물 필름의 두께에 변화를 야기할 수 있다. 오염된 영역과 비교하여 오염되지 않은 영역에서 필름의 대비 또는 정반사의 차이는 앞서 설명한 바와 같이 각각의 개별 영역에서의 필름 두께의 차이에 기인한다.

Sensors Unlimited에 의해 판매되는 640HSX와 같은 SWIR 카메라에 의해 촬영된, 3개의 상이한 광원, 즉 형광등, 백열등 및 NIR, 및 3개의 상이한 렌즈를 이용한 4개의 쿠폰의 이미지는 도 9 내지 도 13과 관련하여 아래에서 설명된다. 50 mm 고정 조리개 렌즈, 25 mm 조절 가능한 조리개 렌즈, 및 25 mm 렌즈와 함께 사용하기 위한 고역 통과 필터(1350 nm 차단)를 사용하여 이미지를 캡처하였다. 형광등 및 백열등 모두 SWIR 스펙트럼에서 적절한 조명을 생성한다. 일부 경우에, 사진 작업대와 같은 광원이 샘플에 대해 균일하고 제어 가능한 조명을 제공할 수 있다. 약 850 nm에 센터링된 것과 같은 근적외선(NIR) 조명(예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이 피크 최소 편이가 발생하는 스펙트럼 범위로 결정됨)은 하나 이상의 LED에 의해 제공될 수 있다. LED의 방출 스펙트럼은 분광계 또는 다른 적절한 방법을 사용하여 확인될 수 있다. 1350 nm 차단 고역 통과 필터 및 850 nm 조명원은 단지 예시 목적으로 사용되며, 본 기술 분야의 숙련자라면 대역통과 필터 및 조명원이 분석을 위한 파장 대역의 선택을 위해 앞서 설명한 방식으로 선택된다는 것을 이해할 것이다.

도 9는 형광등, 백열등 및 850 nm 적외선 광원 각각으로부터 쿠폰에 의해 반사된 광을 캡처하는 필터링되지 않은 25 mm 렌즈 또는 필터링되지 않은 50 mm 렌즈를 갖는 SWIR 카메라에 의해 취득된 쿠폰 3(합금 B, 두꺼운 필름) 이미지를 예시한다. 형광등을 갖는 필터링되지 않은 25 mm 렌즈를 제외하고, 모든 조합은 텅스텐 오염 영역(1002)의 위치, 예를 들어 쿠폰의 어두운 아치형 부분을 나타내기에 충분한 대비를 생성한다. 도 10은 3가지 조명 유형 각각에서 25 mm 필터링된 렌즈를 갖는 쿠폰 3(합금 B, 두꺼운 필름)의 이미지(1100)를 예시한다. 각각의 조합은 텅스텐 오염 영역(1102)의 위치를 나타내기에 충분한 대비를 생성한다. 2개의 이미지가 형광등에서 필터링된 25 mm 렌즈의 조합으로 도시되어 조명 배향의 변화에 따라 필름의 외관이 어떻게 변하는 지를 도시하는데, 여기서 조명원은 관찰된 대비가 획득될 때까지 수동으로 경사진다. 비정상 필름의 규모를 결정하기 위한 최상의 단일 이미지는 백열등에서 필터링된 25 mm 렌즈로 촬영된다. 필터링된 25 mm 렌즈와 NIR 조명을 사용한 이미지는 조명 부족으로 인해 선명하지 못하지만 오염된 영역을 시각적으로 식별하도록 정상과 비정상 필름 사이의 충분한 대비를 포함한다. 필터링된 25 mm 렌즈와 NIR 조명 이미지는 대역통과 필터에서 예상되는 결과를 모방하는 고역 통과 필터와 단파장 조명의 조합이다.

도 11은 쿠폰 1(합금 A, 두꺼운 필름)의 이미지(1200)를 예시한다. 일부 이미지에서, 오염된 영역(1202)은 용접부의 전체 폭에 걸쳐 있는 쿠폰 중심의 대략 직사각형 형상의 어두운 영역으로 나타난다. 다른 이미지에서, 비정상 필름의 좁은 스트립만이 식별할 수 있을 만큼 충분히 어둡다. 이 효과는 조명의 각도에 따라 영향을 받을 수 있으며 작업자가 카메라로부터 제공되는 라이브 비디오 디스플레이를 보면서 쿠폰을 조작할 때 더 쉽게 볼 수 있다. 고역 통과 필터가 이미지를 차단하기 때문에, 850 nm에서 필터링된 25 mm 렌즈에는 이미지가 제공되지 않는다.

도 12는 쿠폰 4(합금 B, 얇은 필름)의 이미지(1300)를 제공한다. 일부 경우에, 정상 필름과 비정상 필름(1302) 사이에 뚜렷한 대조가 있지만, 예를 들어 어두운 아치형 부분이 있지만, 도 9 내지 도 11과 유사하게 많은 이미지에서 사실상 아무것도 없다. 3개의 영역은 텅스텐에 의해 오염되어 있다. 도 9 내지 도 14의 모든 이미지에서와 같이, 반사광은 확산된다.

도 13은 쿠폰 2(합금 A, 얇은 필름)의 이미지(1400)를 예시한다. 다시 말해서, 일부 경우에 정상 및 비정상 필름(1402) 사이에 뚜렷한 대비가 있는데, 예를 들어 쿠폰의 실질적으로 수평인 중심부에 걸쳐 나타나는 대체로 초승달 형상이 있지만, 도 9 내지 도 12와 유사하게 많은 이미지에서 사실상 존재하지 않는다. 쿠폰은 3개의 텅스텐 오염 부분을 포함한다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 일부 예시적인 정반사 스펙트럼은 400-900 nm 범위의 가시광선 분광법에 대한 반사 분광계 및/또는 950-1650 nm 범위의 SWIR에 대한 반사 분광계를 사용하여 캡처되었으며, 파장 범위는 앞서 설명한 바와 같이 선택되었다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 프로세스에 사용하기에 적절한 반사 분광계는 Ocean Optics에 의해 판매되는 불꽃 분광계 또는 NIRQuest 256-2.1을 포함한다. 분광계는 각각 400 내지 900 nm 범위와 950 내지 1650 nm 범위에서 정반사 및 확산 반사 스펙트럼 모두를 생성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 입사각이 반사각과 동일하도록, 분광계 케이블의 원위 단부를 샘플 재료의 표면에 직교하게 위치 설정함으로써 스펙트럼 반사율이 측정된다. 확산 반사율은 분광계 케이블의 원위 단부를 샘플 재료의 표면에 대해 수직이 아닌 각도로 위치 설정함으로써 측정된다. 분광계의 광학 프로브의 유효 직경은 약 1 mm이다. 파장 교정은 격자 각도를 통해 스캔하고 공지된 파장으로 스펙트럼을 측정하는 것을 포함하여 기구 공급업체에 의해 수행될 수 있다. 강도 교정은 미국 국립 표준 기술 연구소(National Institute of Standards and Technology)(NIST) 표준과 같은 반사율 표준과 비교하여 수행될 수 있다.

도 5 내지 도 8은 도 4의 쿠폰의 하나 이상의 지점에 걸쳐 분광계(65)(도 1 및 도 15)에 의해 측정된 정반사 또는 확산 반사 스펙트럼의 수집을 도시한다. 도 5 내지 도 8의 각각의 도면은 도 4에 예시된 4개의 쿠폰 중 주어진 하나에 대응하고, 주어진 도면의 각각의 스펙트럼 라인은 해당 도면에 대한 쿠폰의 개별, 상이한 지점에서 정반사 또는 확산 반사율 측정을 나타낸다. 스펙트럼의 반사율 차이는 정상 필름(예를 들어, 오염이 없는 예상 두께)과 비정상 필름 사이의 차이를 나타낸다. 수동 시스템에서, 작업자는 각각의 측정에 대한 샘플 식별자, 위치, 시간, 또는 기타 관련 정보를 기록할 수 있다. 자동화된 실시예에서, 작업자는 사용자 인터페이스(60)를 통해 이 정보를 입력하고, 처리 회로(50)는 측정 데이터를 샘플 식별자, 위치 데이터, 날짜/시간 스탬프 등과 상관시킨다.

도 5는 쿠폰 4(합금 B, 얇은 필름)의 정반사 스펙트럼(400)을 예시한다. (층 두께에 영향을 미치는 결함이 없는) 정상 필름을 갖는 영역으로부터의 3개의 스펙트럼(401)은 기준 스펙트럼을 포함하고 550 nm 근방에서 반사 최소값(402)을 갖는다. 텅스텐 오염 영역으로부터의 2개의 스펙트럼(403)은 530 nm 근방에서 반사 최소값(404)을 갖는다. 정상 필름에서 반사율 최소값의 위치는 측정마다 일관되지만, 절대 반사율은 약간 상이하다. 이들 스펙트럼은 스펙트럼 최소값의 비교를 용이하게 하기 위해 수직(반사 강도) 축에서 편이되었다. 텅스텐 오염 영역으로부터의 스펙트럼은, 최대 스펙트럼 편이를 찾기 위해 분광계 출력 스크린을 시각적으로 모니터링하면서, 프로브의 위치를 편이시킴으로써 취하였다. 텅스텐 오염의 밀도 때문에, 쿠폰의 오염된 영역의 일측에는 급격한 스펙트럼 변화가 있고 타측에서는 더 점진적인 변화가 있다. 작업자 및/또는 시스템(40)(도 15)은 앞서 설명된 바와 같이 20 nm의 최소 피크 파장 편이가 산화물 층 결함의 존재를 나타내기에 충분한 지의 여부를 결정한다.

도 6은 쿠폰(합금 A, 얇은 필름)의 정반사 스펙트럼(500)을 예시한다. 이 경우, 정상 필름과 오염된 부분의 절대 반사율이 매우 상이하다. 정상 필름 영역에 대한 3개의 대표적인 스펙트럼(501)은 기준 스펙트럼을 포함하고 570 nm 근방에서 반사 최소값(502)으로 도시된다. 텅스텐 오염 영역으로부터의 3개의 스펙트럼(503)이 또한 도시된다. 비정상 스펙트럼은 훨씬 낮은 총 반사율 및 550 nm 근방에서 상대적으로 미묘한 반사율 최소값(504)을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 570 nm에서 550 nm로의 피크 최소 편이는 본 명세서에 설명된 방법을 통해 검출될 수 있으며, 이 텅스텐 오염은 피크 최소 편이에 기초하여 검출될 수 있다.

도 7은 쿠폰 3(합금 B, 두꺼운 필름)에 대한 확산 반사 스펙트럼(600)의 수집을 예시한다. 스펙트럼(600)은 전체 반사율 또는 강도를 제외하고는 구별되는 피처가 없다. 오염된 필름(602)을 갖는 스펙트럼에 대한 전체 반사율은 정상 필름(604)보다 훨씬 낮고, 결함을 나타내는 두께 변화의 존재 또는 부재는 앞서 설명된 바와 같이 결정된다. 따라서, 도 6 및 도 7의 비교는 주어진 복합재에 대한 일부 스펙트럼 특성이 정반사 스펙트럼에서 더 명백할 수 있는 반면 다른 특성은 확산 반사 스펙트럼에서 더 명백할 수 있음을 예시한다.

도 8은 쿠폰 1(합금 A, 두꺼운 필름)에 대한 확산 반사 스펙트럼(700)의 수집이다. 이 쿠폰은 용접부를 갖고, 그 재료는 기판 합금보다 훨씬 더 거친 결정립 구조를 갖기 때문에, 결과적인 스펙트럼에 대해 3개의 개별 반사 강도 레벨을 초래하는 시편의 3개의 별개의 개별 영역(정상 용접부, 정상 비용접 합금, 및 텅스텐 오염 합금)이 있다. 베이스 금속(602) 및 용접부(604)의 전체 반사율은 오염된 영역(606)에 비교하여 높다. 이 예에서, 작업자는 정상 스펙트럼 형상과 비정상 스펙트럼 형상 사이의 강도 편이를 주관적으로 기록함으로써 비정상, 오염 영역을 식별할 수 있다. 대안적으로, 처리 회로는 측정된 비정상 스펙트럼에 대해 예시된 파장 범위에 대한 평균 강도를 결정하고, 해당 평균을 기준 스펙트럼의 평균에 대한 평균 강도(동일한 파장 범위에 걸쳐)와 비교하고, 그 차이가 미리 결정된 임계값(앞서 설명한 바와 같이, 교정을 통해 결정됨)을 초과하였는 지의 여부를 결정하며, 사용자 인터페이스 디스플레이에서 측정 스펙트럼 평균 강도/정상 스펙트럼 평균 강도 차이가 임계값 위 또는 아래인 지의 여부를 작업자에게 제공함으로써, 작업자가 해당 정보에 기초하여 결함이 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있게 한다.

도 1과 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 작업자는 복합재 샘플(101)의 하나 이상의 이미지를 캡처하기 위해 카메라(64)를 위치 설정할 수 있다. 카메라(64)의 출력은 사용자 인터페이스에 이미지를 생성하는 처리 회로(50)에 의해 수신된다. 그 후, 작업자는 사용자 인터페이스에 디스플레이된 이미지를 시각적으로 검사하여 허용성을 결정하거나 비정상을 식별할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기계 이미징 프로세스는 이미지에서 하나 이상의 비정상을 식별하기 위해 이미지에 적용될 수 있다.

도 14는 확산 반사율에 기초하여 동일한 조명 조건에서 가시 스펙트럼 이미징과 SWIR 이미징 사이의 직접적인 비교를 예시한다. 두 이미지 모두 동일한 구성에서 4개의 150 와트 백열 스포트라이트가 켜진 광학 벤치에서 촬영되었다. 상단 이미지(1502)는 400 내지 700 nm 범위의 가시광선에 민감한 표준 디지털 SLR 카메라로 촬영되었다. 원래의 색상 이미지는 비교를 위해 그레이스케일로 변환되었다. 하단 이미지(1504)는 SWIR 카메라와 1150 +/-10 nm 대역통과 필터로 촬영되었다. 2개의 이미지에서 정상 필름과 비정상 필름의 그레이스케일 레벨을 비교하면 필터링된 SWIR 이미지(1504)가 정상 필름과 비정상 필름(1506) 사이의 가시광선 이미지(1504)보다 약 3.5배 더 큰 대비를 가짐을 알 수 있다.

광학 이미징 및 분광법을 사용하여 얇고 두꺼운 산화물 필름을 검사하면 비정상 필름의 신뢰성 있는 검출이 개선되고 텅스텐 오염의 거짓 양성 표시의 수가 감소되는데, 예를 들어 작업자가 육안 검사에만 의존하여 결함을 놓칠 수 있도록 무결함 대비와 유사하게 보일 수 있는 미묘한 가시 대비를 그러한 텅스텐 오염 영역이 초래하기 때문이다. 얇은 필름은 가시 파장 이미징으로 검사될 수 있으며, 이러한 검사는 본 명세서에 설명된 바와 같이 적절한 광학 필터를 사용하여 더욱 개선될 수 있다. 가시광선 반사 분광법은 텅스텐 오염에 대한 명확하고 재현 가능한 지표를 제공한다. 일부 예시적인 실시예에서, 얇은 필름 두께는 대략 정량적인 방식으로 텅스텐 농도와 상관될 수 있다. 두꺼운 필름은 가시광선을 사용하는 확산 반사율을 사용하여 효과적으로 검사될 수 있으며(예를 들어, 도 7과 관련한 앞서의 설명을 참조), 이는 종래의 정성적 육안 검사와 잘 상관되는 정량화 가능한 측정을 제공한다. 적절한 필터를 사용하면, SWIR 카메라를 사용하여 비정상 필름이 위치될 수 있다.

예시적인 장치

이제, 본 발명의 예시적인 실시예를, 예시적인 실시예에 따른 산화물 층 검사를 위한 장치의 특정 요소를 예시하는 도 15를 참조하여 설명한다. 도 15의 장치 또는 그 일부는, 예를 들어, 모바일 컴퓨팅 디바이스 또는 다양한 다른 디바이스(예를 들어, 컴퓨터 단말, 네트워크 디바이스, 서버, 프록시 등)에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 실시예는 클라이언트/서버 관계에 있는 디바이스들의 조합(예를 들어, 컴퓨팅 단말 및 모바일 컴퓨팅 디바이스)에 사용될 수 있다. 더욱이, 아래에 설명되는 디바이스 또는 요소는 필수가 아닐 수 있으며, 따라서 특정 실시예에서 일부가 생략될 수 있음에 유의해야 한다.

산화물 층 검사를 위해 구성된 장치가 제공된다. 장치는 검사 모듈(44) 또는 검사 모듈(44)을 호스팅하는 디바이스의 실시예일 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 검사 모듈(44)은 처리 회로로 하여금 아래에서 또는 본 명세서에서 달리 설명되는 바와 같이 산화물 층 검사 또는 산화물 층 검사의 일부를 수행하게 하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능 명령을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 장치는 데이터 처리, 애플리케이션 실행 및 다른 처리와 관리 서비스를 수행하도록 구성된 처리 회로(50)를 포함하거나 달리 처리 회로와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 처리 회로(50)는 저장 디바이스(54), 및 사용자 인터페이스(60), 디바이스 인터페이스(62), 카메라(64), 분광계(65), 위치 설정 모터(들)(66), 및/또는 조명원(들)(68)과 통신하거나 달리 제어하는 프로세서(52)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 처리 회로(50)는 본 명세서에 설명된 동작을 수행하도록 구성된(예를 들어, 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로) 회로 칩(예를 들어, 집적 회로 칩)으로서 구현된다. 그러나, 일부 실시예에서, 처리 회로(50)는 서버, 컴퓨터, 랩탑, 워크스테이션 또는 심지어는 다양한 모바일 컴퓨팅 디바이스 중 하나의 일부로서 구현될 수 있다. 처리 회로(50)가 서버로서 구현되거나 원격에 위치한 컴퓨팅 디바이스에서 구현되는 상황에서, 사용자 인터페이스(60)는 디바이스 인터페이스(62) 및/또는 네트워크(예를 들어, 네트워크(30))를 통해 처리 회로(50)와 통신하는 다른 디바이스(예를 들어, 컴퓨터 단말 또는 클라이언트 디바이스)에 배치될 수 있다.

사용자 인터페이스(60)는 처리 회로(50)와 통신하여 사용자 인터페이스(60)에서 작업자 입력의 표시를 수신하고 및/또는 청각적, 시각적, 기계적 또는 기타 출력을 작업자에게 제공한다. 이와 같이, 사용자 인터페이스(60)는, 예를 들어 키보드, 마우스, 조이스틱, 디스플레이, 터치 스크린, 마이크로폰, 스피커, 모바일 디바이스, 또는 다른 입력/출력 메커니즘을 포함할 수 있다. 장치가 서버 또는 다른 네트워크 엔티티에서 구현되는 실시예에서, 사용자 인터페이스(60)는 일부 경우에 제한되거나 심지어 제거될 수 있다. 대안적으로, 위에서 나타낸 바와 같이, 사용자 인터페이스(60)는 원격으로 위치될 수 있다.

디바이스 인터페이스(62)는 다른 디바이스 및/또는 네트워크와의 통신을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 인터페이스 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 디바이스 인터페이스(62)는 처리 회로(50)와 통신하여 네트워크 및/또는 임의의 다른 디바이스 또는 모듈로부터/로 데이터를 수신 및/또는 송신하도록 구성된 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현된 디바이스 또는 회로와 같은 임의의 수단일 수 있다. 이와 관련하여, 디바이스 인터페이스(62)는, 예를 들어 안테나(또는 다중 안테나) 및 무선 통신 네트워크 및/또는 통신 모뎀과의 통신을 가능하게 하기 위한 지원 하드웨어 및/또는 소프트웨어, 또는 케이블, 디지털 가입자 회선(digital subscriber line)(DSL), 범용 직렬 버스(universal serial bus)(USB), 이더넷 또는 기타 방법을 통해 통신을 지원하기 위한 다른 하드웨어/소프트웨어를 포함할 수 있다. 디바이스 인터페이스(62)가 네트워크와 통신하는 상황에서, 네트워크는 예를 들어 근거리 통신망(Local Area Network)(LAN), 도시권 통신망(Metropolitan Area Network)(MAN), 및/또는 인터넷과 같은 광역 네트워크(Wide Area Network)(WAN)와 같은 데이터 네트워크 등의 무선 또는 유선 통신 네트워크의 다양한 예들 중 임의의 것일 수 있다.

예시적인 실시예에서, 저장 디바이스(54)는, 예를 들어 고정되거나 제거될 수 있는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리와 같은 하나 이상의 비일시적 저장 장치 또는 메모리 디바이스를 포함할 수 있다. 저장 디바이스(54)는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 장치가 다양한 기능을 수행할 수 있게 하기 위한 정보, 데이터, 애플리케이션, 명령 등을 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 저장 디바이스(54)는 프로세서(52)에 의한 처리를 위해 입력 데이터를 버퍼링하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 저장 디바이스(54)는 프로세서(52)에 의한 실행을 위한 명령을 저장하도록 구성될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 저장 디바이스(54)는 다양한 파일, 콘텐츠 또는 데이터 세트를 저장할 수 있는 복수의 데이터베이스(예를 들어, 데이터베이스 서버) 중 하나를 포함할 수 있다. 저장 디바이스(54)의 콘텐츠 중에서, 본 명세서에서 설명된 기능을 포함하여 각각의 개별 애플리케이션과 관련된 기능을 수행하기 위해 프로세서(52)에 의한 실행을 위해 애플리케이션(예를 들어, 클라이언트 애플리케이션 또는 서버 애플리케이션(44))이 저장될 수 있다.

프로세서(52)는 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(52)는 마이크로프로세서 또는 다른 처리 요소, 코프로세서, 제어기 또는 예를 들어 ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), 하드웨어 가속기 등과 같은 집적 회로를 포함하는 다양한 다른 컴퓨팅 또는 처리 디바이스와 같은 다양한 처리 수단으로 구현될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 프로세서(52)는 저장 디바이스(54)에 저장되거나 프로세서(52)에 달리 액세스 가능한 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 하드웨어 또는 소프트웨어 방법에 의해, 또는 그 조합에 의해 구성되든, 프로세서(52)는 그에 따라 구성되는 동안 본 발명의 실시예에 따른 동작을 수행할 수 있는 엔티티(예를 들어, 회로에 물리적으로 구현됨)를 나타낼 수 있다. 따라서, 예를 들어, 프로세서(52)가 ASIC, FPGA 등으로 구현될 때, 프로세서(52)는 본 명세서에 설명된 동작을 수행하기 위해 특별히 구성된 하드웨어일 수 있다. 대안적으로, 다른 예로서, 프로세서(52)가 소프트웨어 명령의 실행자로서 구현될 때, 명령은 본 명세서에 설명된 동작을 수행하도록 프로세서(52)를 구체적으로 구성할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 프로세서(52)(또는 처리 회로(50))는 검사 모듈(44)로서 구현되거나 검사 모듈을 포함하거나 달리 제어할 수 있으며, 검사 모듈은, 소프트웨어에 따라 동작하거나 달리 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합(예를 들어, 소프트웨어 제어 하에 동작하는 프로세서(52), 본 명세서에 설명된 동작을 수행하도록 구체적으로 구성된 ASIC 또는 FPGA로 구현된 프로세서(52), 또는 그 조합)으로 구현됨으로써 아래에 설명되는 바와 같이 검사 모듈(44)의 대응하는 기능을 수행하도록 디바이스 또는 회로를 구성하는 디바이스 또는 회로와 같은 임의의 수단일 수 있다.

예시적인 실시예에서, 처리 회로(50)는 카메라(64)를 포함하거나 달리 카메라와 통신할 수 있다. 카메라(64)는 주변 환경과 관련된 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 디지털 카메라일 수 있다. 이미지 데이터는 하나 이상의 고정 이미지 또는 동영상일 수 있다. 카메라(64)는 Sensors Unlimited에 의해 판매되는 640HSX SWIR 카메라와 같은 단파 적외선 스펙트럼의 이미지 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. SWIR 카메라는 선택된 조명원의 파장 범위의 적어도 일부를 통과시키도록 구성된 하나 이상의 대역통과 필터를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 카메라(64)는 자외선(UV), 가시광선(VIS), 적외선(IR), 장파장 적외선(LWIR), 또는 다른 적절한 파장을 포함하는 다른 스펙트럼 범위에서 카메라 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 카메라(64)는 복수의 파장 범위에 대한 카메라 데이터를 동시에 캡처하도록 구성된 초분광 카메라일 수 있다.

예시적인 실시예에서, 처리 회로(50)는 분광계(65)를 포함하거나 달리 분광계와 통신할 수 있다. 분광계(65)는 샘플의 표면으로부터 반사된 광을 측정하도록 구성된 반사 분광계일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 분광계는, Ocean Optics에 의해 판매되는 불꽃 분광계 또는 NIRQuest 256-2.1과 같이, 400-900 nm 범위, 950-1650 nm 범위 또는 샘플 재료 및/또는 산화물 층의 원하는 또는 예상되는 두께에 따라 다른 적절한 범위에서 광의 반사율을 측정하도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 처리 회로(50)는 하나 이상의 위치 설정 모터(66)를 포함하거나 달리 위치 설정 모터와 통신할 수 있다. 위치 설정 모터(66)는 2개 이상의 검사 위치 사이에서 검사 플레이트, 카메라(64), 분광계 및/또는 검사 케이블을 이동시키도록 구성될 수 있다. 위치 설정 모터(66)는 전자 서보모터, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 적절한 모터일 수 있다. 위치 설정 모터(66)의 크기 및 유형은 카메라, 분광계, 샘플 및/또는 검사 플레이트의 크기 및/또는 중량에 기초하여 선택될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 처리 회로(50)는 하나 이상의 조명원(68)을 포함하거나 달리 조명원과 통신할 수 있다. 조명원(68)은 특정 광 파장 또는 광대역에 대해 구성된 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode)(LED), 형광등, 백열등 등을 포함할 수 있다. 조명원(68)의 광 파장은 앞서 설명된 바와 같이 예상되거나 원하는 산화물 층 두께를 포함하는 것과 같이 샘플 재료, 원하는 또는 예상되는 산화물 층 두께 등에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 광 파장은 단파 적외선(SWIR), 근적외선(NIR), 자외선, (UV), 가시광선(VIS), 적외선(IR), 장파장 적외선(LWIR), 또는 다른 적절한 파장일 수 있다.

검사 모듈(44) 관리자는 네트워크(30)를 통한 산화물 층 검사를 용이하게 하는 도구를 포함할 수 있다. 검사 모듈(44)은 저장 디바이스(54)와 같은 메모리에 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 명령을 포함한다. 검사 모듈(44)은 앞서 설명된 바와 같이 처리 회로(52)가 산화물 층 검사를 수행하게 하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 검사 모듈(44)은, 샘플에 대한 재료 유형의 표시를 수신하고, 재료 유형에 기초하여 예상되는 산화물 층 두께를 선택하며, 산화물 층 두께에 기초하여 원하는 스펙트럼 대비를 생성하기 위해 조명원을 선택하고, 선택된 조명원으로 샘플의 적어도 일부를 조명하며, 카메라에 의해 캡처된 이미지에서 산화물 층의 두께를 분석하는 것에 기초하여 산화물 층 허용성을 결정하도록 구성되고, 카메라는 조명원과 정렬된다.

예시적인 산화물 층 검사 흐름도

기술적인 관점에서, 앞서 설명된 검사 모듈(44)은 앞서 설명된 동작의 일부 또는 전부를 지원하는 데 사용될 수 있다. 이와 같이, 도 15에서 설명된 플랫폼은 여러 컴퓨터 프로그램 및/또는 네트워크 통신 기반 상호 작용의 구현을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 예로서, 도 16은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법 및 프로그램 제품의 흐름도이다. 흐름도의 각각의 블록 및 흐름도에서 블록의 조합은 하드웨어, 펌웨어, 프로세서, 회로 및/또는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 명령을 포함하는 소프트웨어의 실행과 관련된 다른 디바이스와 같은 다양한 수단에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 앞서 설명된 절차 중 하나 이상은 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 앞서 설명한 절차를 구현하는 컴퓨터 프로그램 명령은 사용자 단말 등의 메모리 디바이스에 의해 저장되고 내부의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 임의의 이러한 컴퓨터 프로그램 명령은 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치(예를 들어, 하드웨어)에 로딩되어 기계를 생성할 수 있으므로, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치에서 실행되는 명령은 흐름도 블록에 특정된 기능을 구현하기 위한 수단을 생성한다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치가 특정 방식으로 기능하도록 명령할 수 있는 컴퓨터-판독 가능 메모리에 저장되어, 컴퓨터-판독 가능 메모리에 저장된 명령이 흐름도 블록(들)에 특정된 기능을 구현하는 제조 물품을 생성할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치에 로딩되어 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치에서 일련의 동작이 실행되게 하여 컴퓨터-구현 프로세스를 생성하므로, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치에서 실행되는 명령은 흐름도 블록(들)에 특정된 기능을 구현한다.

따라서 흐름도의 블록은 특정된 기능을 수행하기 위한 수단의 조합과 특정된 기능을 수행하기 위한 동작의 조합을 지원한다. 또한, 흐름도의 하나 이상의 블록, 및 흐름도의 블록 조합은 특정 기능을 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 컴퓨터 시스템, 또는 특수 목적 하드웨어와 컴퓨터 명령의 조합에 의해 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

추가적으로 또는 대안적으로, 흐름도의 블록 중 하나 이상은 도 15를 참조하여 앞서 설명된 플랫폼의 도움을 받거나 받지 않고 작업자에 의해 수동으로 수행될 수 있다.

이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 도 1 및 도 15의 하나 이상의 요소를 이용하여 도 16에 도시되어 있다. 이 방법은 점선 상자로 나타낸 하나 이상의 임의적인 동작을 포함할 수 있다. 이 방법은 동작 1702에서 샘플에 대한 재료 유형을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 재료 유형은 구성요소 또는 재료, 시스템 도면 또는 기타 신뢰할 수 있는 출처에 대한 제조업자의 설명을 검사하여 결정될 수 있다. 검사 시스템(40)이 이용되는 경우, 사용자는 사용자 인터페이스(60)를 통해 재료 유형을 입력한다. 재료 유형은, 예를 들어 재료 ID 코드(재료 유형에 직접 대응하는 코드) 또는 구성요소 ID 코드(구성요소 부품을 식별하는 코드)일 수 있다. 구성요소 ID 코드가 사용되는 경우, 처리 회로(50)는 구성요소가 제조되는 재료와 구성요소 ID 코드를 상관시키는 룩업 테이블을 저장 디바이스(54)에 갖는다. 사용자가 구성요소 ID 코드를 입력하면, 처리 회로가 룩업 테이블을 참조하여 지정된 구성요소의 재료 유형을 결정한다.

방법은 동작 1704에서 재료 유형에 기초하여 예상되는 산화물 층 두께를 선택하는 것으로 계속된다. 예상되거나 원하는 필름 두께는 재료의 유형과, 경우에 따라 산화물 층을 성장시키는 방법에 기초한다. 재료에 대한 필름 두께는 원하는 재료 두께를 재료 및/또는 산화물 층을 성장시키는 방법과 상관시키는 참조 테이블에서 식별될 수 있는 공지된 표준 두께일 수 있거나 제조업자의 설명에 포함될 수 있다. 예상되는 필름 두께는 경험적 테스트에 의해 결정된 예상되는 값 또는 범위를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제조업자는 예상되는 값 및/또는 범위 및 산화물 필름의 허용성의 결정에 사용될 수 있는 +/-1%, 5%, 10% 등과 같은 제조 공차 대역을 결정하거나 제공할 수 있다. 검사 시스템(40)이 이용되는 경우에, 작업자는 사용자 인터페이스(60)를 통해 예상되는 필름 두께를 입력할 수 있거나, 또는 처리 회로(50)가 메모리(54)에 저장된 참조 테이블에 액세스하는 것과 같이 앞서 설명한 바와 같이 입력된 기판 재료 및/또는 성장 방법의 식별에 기초하여 예상되거나 원하는 필름 두께를 결정할 수 있다. 처리 회로는 이 데이터를 메모리(54)의 룩업 테이블에서 원하는 조명원과 다시 상관시킴으로써 예상되는 필름 두께 및/또는 재료 유형에 기초하여 조명원을 결정할 수 있다.

다음으로, 방법은 동작 1706에서 재료 유형에 기초하여 원하는 스펙트럼 대비를 생성하기 위해 조명원을 선택함으로써 진행된다. 처리 회로 또는 사용자는 이 데이터를 룩업 테이블의 원하는 조명원과 상관시킴으로써 예상되는 필름 두께 및/또는 재료 유형에 기초하여 조명원을 결정할 수 있다. 원하는 조명원은 앞서 설명한 바와 같이 계산, 실험실 테스트, 시행 착오 등에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 조명원의 파장 범위는 산화물 필름의 예상되는 두께를 포함한다.

동작 1708에서, 방법은 샘플의 적어도 일부를 선택된 조명원으로 조명하는 것을 포함한다. 실험실 테스트에서, 카메라 및/또는 분광계는, 검사 플랫폼이 카메라(또는 카메라의 광학계)의 시야 내에 있도록 및/또는 분광계 케이블(110)이 플랫폼 상에 배치된 복합재 샘플(101)의 표면에 도달하여 스캔할 수 있도록 검사 플랫폼(103)에 대해 프레임(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있다. 작업자는 카메라(64) 및/또는 분광계(65)에 의한 검사를 위해 플랫폼(103) 상에 복합재 샘플(101)을 위치한다. 작업자는 카메라 데이터 및/또는 측정 데이터를 캡처하기 위해 하나 이상의 검사 영역에 카메라 렌즈(104) 또는 검사 케이블(110)의 원위 단부를 위치 설정한다. 설치, 수리, 용접 등의 동안과 같이 더 큰 디바이스 또는 시스템 내에서 하나 이상의 구성요소가 제자리에서 검사되는 실시예에서, 작업자는 재료 상의 하나 이상의 검사 영역을 보기 위해 카메라(64) 및/또는 분광계(65)를 배치할 수 있다. 카메라(64) 및/또는 분광계(65)는 조절 가능한 아암에 장착될 수 있거나 카메라 데이터 또는 측정 데이터를 수집하는 동안 카메라(64) 및/또는 분광계(65)를 제위치에 유지하도록 핸드헬드식일 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 이 방법은 2개의 분석 구성요소, 예를 들어 카메라와 분광계를 포함한다. 분석 구성요소의 사용은 재료 표면의 접근성 및/또는 샘플과 관련된 품질 보증 요구 사항을 기초로 할 수 있다. 방법은 동작 1710에서 카메라에 의해 캡처된 이미지에서 샘플의 검사 영역이 보이는 지를 결정함으로써 진행될 수 있다. 작업자 또는 이용되는 경우 처리 회로(50)는 먼저, 예를 들어 사용자 인터페이스(60) 상에서 실시간 카메라 데이터에 대한 작업자의 시각적 검증 및 이미지가 검사 영역을 포함하고 있음을 확인하는 사용자 인터페이스를 통한 작업자로부터 입력의 처리 회로의 수신에 의해, 검사 영역이 카메라 이미지(카메라의 시야) 내에 있는 지의 여부를 결정한다. 검사 영역이 사용자 입력에 기초하여 카메라 이미지 내에 있다고 결정하는 처리 회로(50)에 추가하여 또는 그 대안으로서, 처리 회로는 또한 이미지 처리를 사용하여 카메라 이미지 내에 하나 이상의 피처가 나타나는 지를 결정할 수 있다. 검사 영역이 이미지의 관찰 가능한 영역에 있지 않은 경우, 카메라(64)는 재위치될 수 있거나 방법이 아래에서 설명되는 바와 같이 분광계 측정으로 계속할 수 있다.

작업자 또는 처리 회로가 검사 영역이 카메라 이미지 내에 있음을 확인하면, 방법은 동작 1712에서 검사 영역에 하나 이상의 고대비 영역이 존재하는 지를 결정함으로써 계속된다. 일부 실시예에서, 작업자는 사용자 인터페이스(60)의 디스플레이에서 시스템에 의해 제공되는 이미지 데이터를 관찰함으로써, 하나 이상의 고대비 영역의 존재를 완전히 수동으로 결정한다. 다른 실시예에서, 작업자는 이미지를 시각적으로 검사하고, 그렇게 하여 하나 이상의 가능한 고대비 영역을 식별한 다음, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 분광계(65)를 사용하여 식별된 영역의 조사를 수행한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 처리 회로(50)는 카메라(64)에 의해 취득되고 처리 회로에 송신된 이미지를 분석하여 고대비 영역을 자동으로 결정하거나, 예를 들어 분광계를 이용한 작업자의 추가 분석을 위해 이미지의 영역을 작업자에게 (사용자 인터페이스 디스플레이로 구동되는 정보를 통해) 나타낼 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 처리 회로(50)는 기계 비전 또는 물체 검출 이미지 처리 기술을 적용하여 하나 이상의 고대비 영역을 결정한다.

검사 영역이 보이고 고대비 영역이 식별되지 않으며 품질 보증 요구 사항에 분광 분석이 포함되지 않은 경우, 이 방법은 조명원에 의해 조명된 산화물 층의 분석에 기초하여 필름 허용성을 결정함으로써 계속될 수 있다. 샘플에 고대비 영역이 포함되지 않은 경우, 필름이 허용될 수 있다.

검사 영역이 보이지 않거나 고대비 영역이 존재하는 경우, 동작 1716에서 분광계로 영역을 조사함으로써 방법을 계속할 수 있다. 작업자 또는 처리 시스템(40)은 검사 영역에 검사 케이블(110)의 원위 단부를 위치 설정한다. 처리 회로(50)가 검사 케이블의 위치를 제어하는 예에서, 검사 케이블은 차례로 프로세서에 의해 제어되는 위치 설정 모터에 의해 작동되는 위치 설정 모터 또는 가이드 케이블을 포함하는 전동 조인트를 포함할 수 있다. 분광계(65)는 조명원의 생성된 광의 파장 범위에 걸쳐 재료의 반사율을 결정하고 그 대응하는 측정 데이터를 생성한다. 작업자 또는 처리 시스템은 검사 케이블(110)을 위치 설정하고 검사 영역의 하나 이상의 지점에서 측정을 행할 수 있으며, 예를 들어 밀리미터당 측정, 센티미터당 측정, 또는 다른 적절한 측정 밀도와 같이 검사 영역 내의 복수의 위치를 조사할 수 있다.

다음으로, 방법은 동작 1718에서 특정 최소 피크 및 피크 강도를 결정하는 것을 포함한다. 검사 영역이 조사되면, 작업자 또는 처리 회로(50)는, 측정 데이터의 각각의 측정에 대해, 특정 최소 피크, 예를 들어 측정 데이터의 낮은 지점의 파장, 및 피크 강도, 예를 들어 특정 최소 피크에 대한 강도 값을 결정하기 위해 측정 데이터를 분석할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 방법은 필름 허용성의 결정인 동작(1714)으로 진행할 수 있다. 작업자 또는 처리 회로(50)는 특정 최소값 및/또는 특정 피크 강도를 평균 기준 측정값, 복수의 측정값, 및/또는 미리 결정된 기준 측정값과 비교하여 원하는 또는 예상되는 측정 데이터로부터 벗어나는 하나 이상의 측정값을 식별할 수 있다. 예를 들어, 특정 최소값은 예상된 또는 비교된 측정 데이터보다 더 높거나 낮을 수 있으며, 이는 비정상 필름을 나타낼 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시스템은 비정상 필름을 나타낼 수 있는 비교된 측정 데이터보다 더 높거나 낮을 수 있는 기준 강도와 측정된 스펙트럼의 강도를 비교할 수 있다. 작업자 또는 처리 회로는 최소 피크 편이 및/또는 강도 편이 값을 결정하고 이들 값을 룩업 테이블과 비교하여 필름 두께를 결정할 수 있다. 이어서, 작업자 또는 처리 회로는 결정된 필름 두께가 예상되는 필름 두께에 기초하여 허용 가능한 범위, 예를 들어 제조의 공차 내에 있는 지를 결정할 수 있다.

일부 예시적인 실시예에서, 방법은 동작 1720에서 하나 이상의 관심 영역을 식별하는 것을 포함한다. 허용 가능한 범위 내에 있지 않은 위치는 처리 회로 및/또는 작업자에 의해 표시될 수 있다. 동작 1722에서, 방법은 비정상 필름의 원인을 식별하는 것을 포함한다. 임의의 관심 영역이 식별되면, 작업자 또는 처리 회로(50)는 비정상 필름의 원인을 결정한다. 비정상으로서 식별된 영역에 대한 측정 데이터는 공지된 필름 두께 및/또는 공지된 오염물이 있는 필름 두께와 같은 하나 이상의 공지된 측정값과 비교될 수 있다. 작업자 및/또는 처리 회로(50)는 비정상 필름의 측정 데이터와 가장 근접하게 일치하는 공지된 측정값을 선택함으로써 비정상 필름의 원인을 결정할 수 있다. 그 다음, 프로세스는 프로세스(1714)로 진행할 수 있고, 필름 허용성, 예를 들어 산화물 층의 오염의 결여, 산화물 층의 특정 오염물의 결여, 산화물 층의 미리 결정된 오염물의 최대 오염 레벨 미만을 결정한다. 앞서 설명된 바와 같이, 조명원에 의해 조명된 산화물 층의 분석에 기초한 필름의 허용성의 결정은 카메라 이미지 분석, 스펙트럼 분석, 및 오염물 식별 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 허용성은, 제한 없이, 카메라 이미지의 고대비 영역의 결여, 카메라 이미지에서 미리 결정된 고대비 영역 수, 미리 결정된 최소 피크, 미리 결정된 피크 강도, 예상되는 최소 피크로부터의 최대 편차, 피크 강도로부터의 최대 편차, 측정된 최소 피크 또는 피크 강도에 기초한 최소 필름 두께, 산화물 층의 오염 결여, 산화물 층에 미리 결정된 특정 오염물의 결여, 산화물 층에 미리 결정된 오염물에 대한 최대 오염 레벨, 또는 다른 적절한 기준을 포함하여 하나 이상의 수락 기준에 기초할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 위의 도 16의 방법을 수행하기 위한 장치는 앞서 설명된 동작(1702-1722)의 일부 또는 각각을 수행하도록 구성된 프로세서(예를 들어, 프로세서(52)) 또는 처리 회로를 포함할 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 하드웨어 구현 로직 기능을 수행하거나, 저장된 명령을 실행하거나, 각각의 동작을 수행하기 위한 알고리즘을 실행함으로써 동작(1702-1722)을 수행하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 프로세서 또는 처리 회로는 추가 동작 또는 동작(1702-1722)에 대한 임의적인 수정을 위해 추가로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 방법은 또한 카메라에 의해 캡처된 이미지에서 미리 결정된 검사 영역이 보이는 지를 결정하는 단계 및 산화물 층 허용성이 이미지에서 산화물 층의 분석에 기초하는 지를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 검사 영역이 보이지 않는 것에 응답하여, 방법은 또한 분광계로 검사 영역을 점대점으로 조사하는 단계를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 방법은 특정 최소 피크 또는 특정 피크 강도를 결정하는 단계, 특정 최소 피크 또는 특정 피크 강도에 기초하여 비정상 산화물 층을 갖는 관심 영역을 식별하는 단계, 및 특정 최소 피크 또는 특정 피크 강도에 기초하여 비정상 산화물 층의 원인을 식별하고, 산화물 층 허용성이 또한 비정상 산화물 층의 원인에 기초하는 지를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 방법은 하나 이상의 고대비 영역이 이미지에 존재하는 지를 결정하는 단계를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 고대비 영역이 존재한다고 결정하는 것에 응답하여, 방법은 또한 분광계로 고대비 영역을 조사하는 단계, 하나 이상의 고대비 영역에 대한 특정 피크 최소값 또는 특정 피크 강도를 결정하는 단계, 및 특정 피크 최소값 또는 특정 피크 강도에 기초하여 하나 이상의 고대비 영역의 원인을 식별하고, 산화물 층 허용이 또한 하나 이상의 고대비 영역의 원인에 기초하는 지를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 방법은 또한 카메라에 대한 샘플의 각도를 변경하는 단계 및 산화물 층 허용성이 또한 변경된 각도에서 카메라에 의해 캡처된 제2 이미지의 산화물 층을 분석하는 것에 기초하는 지를 결정하는 단계를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 조명원은 단파 적외선(SWIR) 광을 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 조명원은 근적외선(NIR) 광을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 샘플은 지르코늄 합금을 포함한다.

본 명세서에 설명된 본 발명의 많은 수정 및 다른 실시예는 본 발명이 앞서 설명한 설명 및 관련 도면에 제공된 교시의 이점을 갖는 것과 관련된 기술 분야의 숙련자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예로 제한되지 않으며 수정 및 다른 실시예가 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도됨을 이해하여야 한다. 더욱이, 앞서 설명한 설명 및 관련 도면이 요소 및/또는 기능의 특정 예시적인 조합의 문맥에서 예시적인 실시예를 설명하지만, 요소 및/또는 기능의 상이한 조합이 첨부된 청구범위의 범주로부터 벗어나지 않고 대안 실시예에 의해 제공될 수 있음을 이해하여야 한다. 이와 관련하여, 예를 들어, 위에서 명시적으로 설명된 것과 상이한 요소 및/또는 기능의 조합이 첨부된 청구범위 중 일부에 기재될 수 있는 바와 같이 또한 고려된다. 이점, 장점 또는 문제에 대한 해결책이 본 명세서에 설명된 경우, 이러한 이점, 장점 및/또는 해결책은 일부 예시적인 실시예에 적용될 수 있지만 반드시 모든 예시적인 실시예에 적용될 수는 없음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 임의의 이점, 장점 또는 해결책은 모든 실시예 또는 본 명세서에 청구된 것에 대해 중요하거나 요구되거나 필수적인 것으로 고려되어서는 안 된다. 특정 용어가 본 명세서에 사용되었지만, 제한 목적이 아닌 일반적이고 설명적인 의미로 사용된다.

Claims

제1 재료와 상이한 제2 재료 상에 형성된 제1 재료 층의 복합재를 검사하는 방법으로서,
파장 범위의 광이 복합재로부터 반사될 때 예상 스펙트럼 응답이 발생하는 파장 범위를 포함하는 광을 출력하는 조명원을 제공하는 단계로서, 복합재는 미리 결정된 결함이 없을 때 예상되는 두께로 상기 제1 재료 층을 갖는 것인, 단계;
선택된 조명원으로부터의 광으로 제1 재료 층에서 복합재의 적어도 일부를 조명하는 단계;
복합재로부터 반사된 조명원으로부터 출력된 광을 수신하는 단계;
수신된 광으로부터 스펙트럼 응답을 결정하는 단계; 및
수신된 스펙트럼 응답을 예상된 스펙트럼 응답과 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 예상된 스펙트럼 응답을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 예상된 스펙트럼 응답을 결정하는 단계는 예상된 스펙트럼 응답을 식별하는 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서, 예상된 스펙트럼 응답을 결정하는 단계는 제2 재료를 식별하는 정보를 수신하는 단계 및 미리 결정된 결함이 없을 때 제2 재료 상의 층의 예상된 두께를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
제4항에 있어서, 층은 산화물 층이고, 예상된 두께를 식별하는 정보를 수신하는 단계는 산화물 층이 제2 재료 상에 형성되는 방법을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제4항에 있어서, 예상된 스펙트럼 응답을 결정하는 단계는 식별된 제2 재료 및 예상된 두께에 기초하여 예상된 스펙트럼 응답을 추정하는 단계를 포함하는, 방법.
제4항에 있어서, 예상된 스펙트럼 응답을 결정하는 단계는 미리 결정된 결함이 없는 층 및 제2 재료의 형성의 교정 샘플로부터 광의 적어도 하나의 반사를 취득하는 단계 및 광의 취득된 적어도 하나의 반사로부터 예상된 스펙트럼 응답을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 예상된 스펙트럼 응답에 기초하여, 결함의 존재에 따라 변하는 예상된 스펙트럼 응답의 특성을 식별하는 단계 및 파장 범위 내에서 식별된 특성의 발생에 기초하여 파장 범위를 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
제8항에 있어서, 특성은 예상된 스펙트럼 응답의 강도 최소 피크인, 방법.
제8항에 있어서, 특성은 예상된 스펙트럼 응답의 강도인, 방법.
제9항에 있어서, 비교 단계는 사용자 인터페이스에서 수신된 스펙트럼 응답 및 예상된 스펙트럼 응답의 이미지를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서, 비교 단계는 예상된 스펙트럼 응답의 최소 피크 및 수신된 스펙트럼 응답의 대응하는 강도 최소 피크 위치의 각각의 파장 위치를 식별하는 정보를, 사용자 인터페이스를 통해, 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 각각의 파장 위치를 식별하는 정보를 수신하는 단계 이후에, 사용자 인터페이스를 통해, 각각 파장 위치 사이의 차이가 복합재의 결함 존재에 대응하는 지의 여부를 식별하는 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 차이가 수신된 스펙트럼 응답과 관련된 결함의 존재에 대응하는 지의 여부를 식별하는 정보를 저장하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 각각의 파장 위치를 식별하는 정보를 수신하는 단계 이후에, 각각의 파장 위치 사이의 차이를 복합재의 결함의 예상된 존재에 대응하는 미리 결정된 임계값과 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
제10항에 있어서, 비교 단계는 사용자 인터페이스에서 수신된 스펙트럼 응답 및 예상된 스펙트럼 응답의 이미지를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 비교 단계는, 사용자 인터페이스를 통해, 예상된 스펙트럼 응답 및 수신된 스펙트럼 응답의 각각의 강도를 식별하는 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제17항에 있어서, 각각의 강도를 식별하는 정보를 수신하는 단계 이후에, 사용자 인터페이스를 통해, 각각의 강도 사이의 차이가 복합재의 결함의 존재에 대응하는 지의 여부를 식별하는 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제18항에 있어서, 상기 차이가 수신된 스펙트럼 응답과 관련된 결함의 존재에 대응하는 지의 여부를 식별하는 정보를 저장하는 단계를 포함하는, 방법.
제17항에 있어서, 각각의 파장 위치를 식별하는 정보를 수신하는 단계 이후에, 각각의 파장 위치 사이의 차이를 복합재의 결함의 예상된 존재에 대응하는 미리 결정된 임계값과 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 산화물 층으로부터 반사된 광을 수신하는 단계 이전에,
카메라를 통해, 층을 갖는 복합재의 표면의 제1 부분의 이미지를 취득하는 단계, 및
사용자 인터페이스의 디스플레이에서 이미지를 제공하는 단계를 포함하고,
조명 단계는 선택된 조명원으로부터의 광으로 복합재의 제1 부분을 조명하는 단계를 포함하며,
층으로부터 반사된 광을 수신하는 단계는 복합재의 제1 부분으로부터 반사된 광을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제21항에 있어서, 카메라는 단파 적외선 카메라이고 디스플레이에 제공된 이미지는 단파 적외선 스펙트럼의 적어도 일부를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 예상된 스펙트럼 응답은 광대역 이미지이고, 수신된 광으로부터 스펙트럼 응답을 결정하는 단계는 수신된 광으로부터 광대역 이미지를 결정하는 단계를 포함하고, 비교 단계는 예상된 스펙트럼 응답 이미지를 수신된 광 스펙트럼 응답 이미지와 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
제21항에 있어서, 사용자 인터페이스의 디스플레이에서 이미지를 제공하는 단계 이후 및 조명 단계 이전에, 고대비 영역이 사용자 인터페이스 디스플레이에서 제공된 이미지에 존재하는 지를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1 재료와 상이한 제2 재료 상에 형성된 제1 재료 층의 제1 복합재를 검사하는 시스템으로서,
제1 복합재의 적어도 일부를 포함하는 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 카메라;
층이 존재하는 제1 복합재의 적어도 일부로부터 반사된 광을 수신하고 광의 강도 스펙트럼을 결정하도록 배치되고 구성된 분광계;
파장 범위의 광이 층이 존재하는 복합재의 적어도 일부로부터 반사될 때 미리 결정된 스펙트럼 응답이 발생하는 파장 범위를 포함하는 광을 출력하는 조명원; 및
분광계 및 사용자 인터페이스와 작동 통신하는 처리 회로를 포함하고, 처리 회로는,
프로세서 및, 프로세서와 함께, 처리 회로로 하여금,
제1 복합재로부터 반사된 조명원으로부터 출력된 광으로부터 발생하는 분광계로부터 상기 강도 스펙트럼을 수신하고,
수신된 강도 스펙트럼을 미리 결정된 결함이 없을 때 제2 재료 상에 형성된 제1 재료로 구성된 제2 복합재로부터 파장 범위의 광이 반사하는 경우에 예상되는 기준 스펙트럼과 비교하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 포함하는, 시스템.
제25항에 있어서, 사용자 인터페이스를 포함하고, 비교 단계를 실행할 때, 프로세서와 함께 컴퓨터 코드는 처리 회로로 하여금 사용자 인터페이스를 구동하게 하여 기준 스펙트럼 및 수신된 강도 스펙트럼 둘 모두를 디스플레이하도록 구성되는, 시스템.
제26항에 있어서, 프로세서와 함께 컴퓨터 코드는, 사용자 인터페이스를 통해, 기준 스펙트럼 및 수신된 강도 스펙트럼의 각각의 강도를 식별하는 정보를 수신하도록 구성되는, 시스템.
제27항에 있어서, 프로세서와 함께 컴퓨터 코드는, 각각의 강도를 식별하는 정보를 수신하는 단계 이후에, 사용자 인터페이스를 통해, 각각의 강도 사이의 차이가 제1 복합재의 결함의 존재에 대응하는 지의 여부를 식별하는 정보를 수신하도록 구성되는, 시스템.
제28항에 있어서, 프로세서와 함께 컴퓨터 코드는, 상기 차이가 수신된 강도와 관련된 결함의 존재에 대응하는 지의 여부를 식별하는 정보를 저장하도록 구성되는, 시스템.
산화물 층을 검사하는 방법으로서,
반사광에 의해 포함되는 파장 범위에 걸쳐 상부에 산화물 필름을 갖는 제1 재료의 제1 샘플의 표면으로부터 반사된 광의 기준 스펙트럼을 결정하는 단계로서, 제1 샘플은 미리 결정된 결함을 포함하지 않는 것인, 단계;
파장 범위의 적어도 일부를 포함하는 광을 출력하는 조명원을 선택하는 단계;
선택된 조명원으로부터의 광으로 산화물 층을 갖는 제2 재료의 제2 샘플의 적어도 일부를 조명하는 단계로서, 제1 재료 및 제2 재료로부터 반사된 광은 미리 결정된 관계를 갖는 파장 범위에 걸쳐 각각의 스펙트럼 응답을 갖는 것인, 단계;
제2 샘플의 산화물 층을 포함하여 제2 샘플로부터 반사된 조명원으로부터 출력된 광을 수신하는 단계;
조명원으로부터 출력되는 광에 의해 포함되는 파장 범위의 적어도 일부에 걸쳐 수신된 광으로부터 측정 스펙트럼을 취득하는 단계;
측정 스펙트럼의 적어도 하나의 특성을 기준 스펙트럼의 동일한 적어도 하나의 특성과 비교하는 단계로서, 적어도 하나의 특성은 수신된 광이 반사되는 재료 및 산화물 필름이 미리 결정된 결함을 포함하는 지의 여부에 따라 미리 결정된 방식으로 달라지는 것인, 단계; 및
측정 스펙트럼의 적어도 하나의 특성과 기준 스펙트럼의 동일한 적어도 하나의 특성의 비교에 기초하여 제2 샘플의 재료 및 산화물 필름이 미리 결정된 결함을 포함하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제30항에 있어서, 기준 스펙트럼을 결정하는 단계는 산화물 층을 갖는 재료의 교정 샘플로부터 반사된 광의 적어도 하나의 샘플 스펙트럼을 취득하는 단계를 포함하며, 교정 샘플은 미리 결정된 결함을 갖지 않는, 방법.
제30항에 있어서, 기준 스펙트럼을 결정하는 단계는 산화물 층을 갖는 재료의 교정 샘플로부터 반사된 광의 복수의 샘플 스펙트럼을 취득하는 단계 - 교정 샘플은 미리 결정된 결함을 갖지 않음 -, 및 기준 스펙트럼을 정의하기 위해 복수의 샘플 스펙트럼을 평균화하는 단계를 포함하는, 방법.
제30항에 있어서, 기준 스펙트럼을 결정하는 단계는 결함이 존재하지 않을 때 재료 및 그 산화물 필름의 예상된 두께에 대한 지식에 기초하여 모델로부터 기준 스펙트럼을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제30항에 있어서, 조명원은 광대역인, 방법.
제30항에 있어서, 광을 수신하는 단계는 수신된 광 및 수신된 광에 대응하는 데이터 중 적어도 하나를 파장별로 필터링하는 단계를 포함하는, 방법.
제30항에 있어서, 적어도 하나의 특성은 강도 최소 피크 파장을 포함하는, 방법.
제30항에 있어서, 적어도 하나의 특성은 스펙트럼 강도를 포함하는, 방법.