一種藍寶石微缺陷無損檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種藍寶石微缺陷無損檢測裝置，該裝置中激光器、分光鏡和藍寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個水平面上；激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡分成兩路：參考光和入射光，高清CCD1采集參考光信號傳輸?shù)接嬎銠C；入射光照射藍寶石樣品后分為透射光和散射光，高清CCD2采集透射光信號傳輸?shù)接嬎銠C，高清CCD3采集散射光信號傳輸?shù)接嬎銠C，同步觸發(fā)器使高清CCD1和高清CCD2同步對參考光和透射光進行采集。本發(fā)明對藍寶石微/納米級缺陷進行檢測同，不受樣品形狀、尺寸的影響，可以在線檢測、靈敏度高、重復(fù)性好、測量結(jié)果精確，不受衍射極限的限制，能分析由缺陷引起對應(yīng)脈沖信號的衰減，便于標(biāo)準(zhǔn)化處理。
【專利說明】一種藍寶石微缺陷無損檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及藍寶石檢測領(lǐng)域，具體地說，涉及一種能對藍寶石微/納米級缺陷的大小和位置進行準(zhǔn)確判斷的無損檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]雖然隨著生長和加工工藝的增長，藍寶石的各種缺陷尺寸不斷減小，但仍然存在一些微米、亞微米乃至納米級的缺陷。這些缺陷的存在可能導(dǎo)致器件在承受設(shè)定載荷下發(fā)生突然斷裂，往往會造成晶體報廢。當(dāng)前主要采用光學(xué)顯微鏡、便面粗糙度儀、激光共聚焦顯微鏡等技術(shù)來檢測晶體中的缺陷，但是它們只能檢測到較大的微缺陷，目前對微/納米級缺陷的無損檢測還沒有行之有效的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種不受樣品形狀、尺寸的影響，可以在線檢測、靈敏度高、重復(fù)性好、測量結(jié)果精確的藍寶石微/納米級缺陷無損檢測裝置。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種藍寶石微缺陷無損檢測裝置，包括光路檢測系統(tǒng)和缺陷信息分析系統(tǒng)；其中所述光路檢測系統(tǒng)包括:激光器、分光鏡和放置藍寶石樣品的載物工作平臺；所述缺陷信息分析系統(tǒng)包括:高清^01、高清^02、高清
轉(zhuǎn)換器13/0轉(zhuǎn)換器2、八/0轉(zhuǎn)換器3和計算機；激光器、分光鏡和藍寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個水平面上；所述激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡分成兩路:參考光和入射光，所述高清冗01采集參考光的光信號并通過八/0轉(zhuǎn)換器1將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C；所述入射光照射藍寶石樣品后分為透射光和散射光，所述高清(^02采集透射光的光信號并通過八/0轉(zhuǎn)換器2將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C進行圖像處理和光強分析；所述高清^03采集散射光的光信號并通過八/0轉(zhuǎn)換器3將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C。
[0005]所述檢測裝置還包括能觸發(fā)高清(:0)1和高清(:0)2同步對參考光和透射光進行采集的同步觸發(fā)器。無論樣品移動在何位置，對應(yīng)任一時刻，參考光和透射光的信號總是瞬間來自同一束光，光的頻率和強度一樣，變化量總是固定的，保證了光源的相對穩(wěn)定性，而散射光場的相對分布不受光源影響，兩者之間的相對變化量是固定的，便于分析測量結(jié)果和量化處理。
[0006]所述激光器為輸出功率連續(xù)可調(diào)的脈沖激光器，確保了光源的穩(wěn)定性和測量結(jié)果具有可比性；同時由于藍寶石中微體缺陷的大小跨度非常大，可以從微米級到納米級，激光器的輸出功率連續(xù)可調(diào)，使檢測裝置對較大的體缺陷和較小的體缺陷都能進行檢測。
[0007]所述載物工作平臺可在二維平面移動，這樣可使激光對藍寶石樣品進行全面掃描，找出藍寶石樣品內(nèi)存在的全部缺陷。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于，本裝置對藍寶石微/納米級缺陷進行檢測同，不受樣品形狀、尺寸的影響，可以在線檢測、靈敏度高、重復(fù)性好、測量結(jié)果精確，不受衍射極限的限制，能分析由缺陷引起對應(yīng)脈沖信號的衰減，便于標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過對微體缺陷發(fā)出的散射光的分布圖樣進行分析，而不是對微體缺陷進行成像來得出藍寶石樣品中是否有缺陷及缺陷大小，避開了光學(xué)成像中衍射的極限的缺點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明的對應(yīng)脈沖信號衰減示意圖。

【具體實施方式】
[0011]下面通過具體實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]如圖1所示，為本發(fā)明的一種藍寶石微缺陷無損檢測裝置，包括光路檢測系統(tǒng)和缺陷信息分析系統(tǒng)；其中光路檢測系統(tǒng)包括:激光器101、分光鏡102和放置藍寶石樣品的載物工作平臺103 ；缺陷信息分析系統(tǒng)包括:高清104、八/0轉(zhuǎn)換器1 105、高清(^02106、高清(:0)3 107、計算機108、同步觸發(fā)器1093/0轉(zhuǎn)換器2 1103/0轉(zhuǎn)換器3 111。
[0013]激光器101、分光鏡102和藍寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個水平面上；激光器101發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡102分成兩路:參考光和入射光，高清(:0)1 104采集參考光的光信號并通過八/0轉(zhuǎn)換器1 105將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C108 ；入射光照射藍寶石樣品后分為透射光和散射光，高清(:0)2106采集透射光信號并通過八/0轉(zhuǎn)換器2110將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C108進行圖像處理和光強分析；高清(:0)3 107采集散射光信號并通過八/0轉(zhuǎn)換器3 111將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C108，同步觸發(fā)器109與高清104和高清(^02 106相連，觸發(fā)高清104和高清(^02 106同步對參考光和透射光進行采集。
[0014]移動載物工作平臺，使入射光照射到藍寶石樣品對藍寶石進行全面的二維掃描。由于藍寶石內(nèi)部存在微體缺陷，會出現(xiàn)入射光的散射。
[0015]先對標(biāo)準(zhǔn)藍寶石樣品進行檢測，高清(^01 104和高清(^02 106同步采集的參考光和透射光信號送入計算機108中進行光強分析107采集的散射光送入計算機108中對散射光光強進行分析。再對待測藍寶石樣品進行上述操作，根據(jù)對標(biāo)準(zhǔn)藍寶石樣品和待測藍寶石樣品的散射光圖像進行圖像對比處理初步判斷是否存在缺陷、并根據(jù)藍寶石微體缺陷激光散射檢測原理進行計算機仿真得出具體缺陷形貌和大小。
[0016]工作過程是當(dāng)激光用分光鏡102將光源分成兩半，一路作為入射光I，另一路作為參考光1(固定不變)。入射光在空氣中因為空氣散射損失一部分能量1工(這一部分光強我們可以用測得，為一恒定值)，然后射入到藍寶石樣品上，激光透過藍寶石樣品后一部分因為樣品中的缺陷而形成散射光，另一部分為透射光，這時用￠^03107采集散射光數(shù)據(jù)，用(^02106采集透射光數(shù)據(jù)。入射光源能量分成三部分，即I =I為入射光的總強度，1工為空氣散射強度，12為藍寶石樣品散射強度，I 3為藍寶石樣品透射光強度。
[0017]測試環(huán)境相對穩(wěn)定下，空氣散射強度1工可以認為是一個恒定的常數(shù)。變化量是由藍寶石樣品的缺陷引起散射光強的變化，且12與13的和為一恒定的常數(shù)。如果樣品中存在缺陷，無論形貌多么復(fù)雜，尺度跨度多大，透射光13強度會發(fā)生顯著變化，然后用冗0測試光強。分析響應(yīng)時間差，將具體缺陷的13與I的值進行比較得到對應(yīng)脈沖下光的損失量。我們始終可以兩者之間相對變化與具體缺陷的對應(yīng)關(guān)系，如圖2所示。
[0018]將散射光和透射光的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣品的結(jié)果對比，確定樣品內(nèi)是否含有缺陷，并判斷缺陷的密度與分布；分析激光在晶體介質(zhì)的散射模型與缺陷形貌之間的關(guān)聯(lián)，得到具體的缺陷引起的散射光場與透射光場的分布規(guī)律。由散射成像顯微鏡獲取缺陷形貌，并找到缺陷對應(yīng)的散射光信號，與仿真結(jié)果對比，初步判斷缺陷的大?。桓鶕?jù)具體位置對應(yīng)的光信號，分析兩者之間的相對變化量，并反演得到具體缺陷，找到相對變化量與缺陷大小的對應(yīng)關(guān)系；用散射成像顯微鏡獲取缺陷形貌，攝像頭記錄的每一張照片并儲存在電腦里，檢驗后匯總所有照片，根據(jù)這些缺陷的信息反演得到具體缺陷形貌、密度以及分布。
[0019]本發(fā)明可以通過缺陷散射成像與散射光場相對變化關(guān)系，結(jié)合計算仿真結(jié)果，準(zhǔn)確判斷材料中缺陷的形貌、尺寸、密度以及分布。根據(jù)缺陷形貌大小和光強的變化建立相對應(yīng)關(guān)系可以實現(xiàn)藍寶石的在線檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種藍寶石微缺陷無損檢測裝置，其特征在于，包括光路檢測系統(tǒng)和缺陷信息分析系統(tǒng)；其中所述光路檢測系統(tǒng)包括:激光器、分光鏡和放置藍寶石樣品的載物工作平臺；所述缺陷信息分析系統(tǒng)包括:高清ran、高清(XD2、高清(XD3、A/D轉(zhuǎn)換器1、A/D轉(zhuǎn)換器2、A/D轉(zhuǎn)換器3和計算機；激光器、分光鏡和藍寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個水平面上；所述激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡分成兩路:參考光和入射光，所述高清CCDl采集參考光的光信號并通過A/D轉(zhuǎn)換器I將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C；所述入射光照射藍寶石樣品后分為透射光和散射光，所述高清CCD2采集透射光的光信號并通過A/D轉(zhuǎn)換器2將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C進行圖像處理和光強分析；所述高清CCD3采集散射光的光信號并通過A/D轉(zhuǎn)換器3將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C。
2.如權(quán)利要求1所述的藍寶石微缺陷無損檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置還包括能觸發(fā)高清CCDl和高清CCD2同步對參考光和透射光進行采集的同步觸發(fā)器。
3.如權(quán)利要求1所述的藍寶石微缺陷無損檢測裝置，其特征在于，所述激光器為輸出功率連續(xù)可調(diào)的脈沖激光器。
4.如權(quán)利要求1所述的藍寶石微缺陷無損檢測裝置，其特征在于，所述載物工作平臺可在二維平面移動。
【文檔編號】G01N21/958GK104502363SQ201410843379
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】喻更生, 周益春, 鄧謀棟, 林建國 申請人:湘潭大學(xué)