Способ контроля линейных размеров микрообъектов

 

Союз Советскик

Социвпистическик

Республик

О П И С А Н И Е (742705

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

S

/ =-:--.

-К (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10. 10,77 (21) 25397 15/18-28 с присоединением заявки РЙ (23) П риоритет—

Опубликовано 25.06.80. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 27.06.80 (51 ) М. Кл.

G 01 В 11/02

Гасударстеенный комнтет аа делам наобретеннй н открытнй (53) УДК 531. .7 15.2(088.8) В. К. Александров, Ю. Н. Биенко и В. H. Ильин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Институт электроники АН Белорусской ССР (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ

М ИКРООБЪЕКТОВ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к фотоэлектрическим способам контроля линейных размеров микрообъектов.

Известен способ контроля линейных размеров микрообъектов с применением микроскопа, включающего диафрагму, расположенную в плоскости изображения, и фотоэлемент, заключающийся в том, что получают изображение микрообъекта в щели диафрагмы и регистрируют фотоэлементом световой поток, прошедший через диафрагму. Световой поток преобразуют в сходящийся, теневое (контраст- т5 ное) изображение предмета линзой проецируют; в плоскость щели диафрагмы и о размере судят по длительности затемнения фотоэлемента, находящегося под щелью внутри развертывающего устройся- 20 ва, или по числу прошедших импульсов t1j.

Однако при указанном способе имеется большая погрешность при измерении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ контроля линейных размеров микрообъектов с применением микроскопа, включающего диафрагму, расположенную в плоскости изображения, и фотоэлемент, заключающийся в том, что получают оптически раздвоььтное изображение MHKpooGúåêòà в щели диафрагмы и регистрируют фотоэлементом световой поток, проходящий через диафрагму, по которому и судят о контролируемом размере j2j .

Недостаточно высокая точность конт роля известным способом обусловлена тем, что значительную долю в составе производственной пыли представляют раэличные по форме и размерам твердые частицы органических соединений в виде раотительных волокон (древесина, бумага), животных волокон (натуральный шелк, шерсть), искусственных и синтетических волокон (ацетатный и вискозный шелк, капрон), различных полимеров (полиэти3 74270 лен, полистирол), слоистых пластиков (гетинакс, текстолит) и др, Размеры элементарных волокон -фибрилл - составляют в поперечнике 0,1-0,5 мкм, диа.метр растительного волокна 0,02-0,07 мм, а их протяженность достигает нескольких миллиметров, что уже сопоставимо не только с требуемой точностью измерения, но и с раэларами микрообъектов (щарикораспространенные микропровопоки имеют диаметр 5-300 мкм). Частицы волоконного происхождения из окружающей среды осаждаются на микрообъектах и вследствие особенностей фактуры пос ледиих (малые размеры, шероховатость поверхности, наличие микротрещин и расслоений, сложная форма, например, у микроспиралей) спутываются и прочно сцепляются с ними.

В результате в известном способе контроля одновременно с собственно размерами микрообъектв регистрируются и находящиеся на измеряемом объокте пооторонние частицы и загрязнения, что вносит в результаты измерения дополнительные погрешности и искажения.

Кроме того, в известном способе контроль микрообъектов, имеющих геометрические отклонения размеров и формы поперечного сечения, производится только в одном азимуте, что не позволяет выявить достоверно картину погрешностей размеров и формы поперечного сечения, оказывающих влияние на эксплуатационные характеристики таких, например, микрообъектов, как микропроволока, и, следовательно, это также снижает точность контроля.

Белью изобретения является повьппение точности контроля.

Это достигается тем, что осуществляют на измерительной позиции нагрев контролируемого участка микрообъектв пропусканием по нему электрического тока до температуры сгорания. загрязнений и частиц органического происхождения,, находящихся на объекте, обдувают микрообъект сжатым: воздухом, регистрируют инфракрасный лучистый поток с нагретого участка микрообъекта и по величине электрических сигналов, соответствующих световому и инфракрасному лучистому цотокам, судят о контролируемом размере.

На чертеже представлена, схема иллюстрирующая предлагаемый способ.

Схема содержит микроскоп, включаю-, щий источник света 1, объектив 2, оп8 4 тическую систему 3, диафрагму 4, фотоэлемент 5 и устройство 6 для обработки сигнала, прибор 7 индикации, вычислительное устройство 8, регистрирующий прибор 9, источник питания 10, жкоизмерительный прибор 11, контакты

12, подводящие напряжение к направляющим роликам 1Э, камеру 14 для подачи в зону нагрева ст уи газа, привод 15 для перемотки микропроволоки, блок управления 16, объектив 17, фотоприемник инфракрасного излучения 18, который подсоединен к источнику питания 19, модулятор 20, устройство 21 для обработки сигнала.

Осуществляется предлагаемый способ следующим образом.

На пути параллельного пучка 22 светового потока,, идущего от источника света 1, предварительно модулированного, помешают микрообъект 23 перед объективом 2, Теневое (контрастное) изображение 24 микрообъекта оптической системой Э раздввивают, преобразуя в двв пс луконтрастных изображения 25, разведенные в режиме настройки на величину номинального (при симметричном допуске) или среднего (при несимметричном допуске) контролируемого размера..

Раздвоенное изображение вводят в щель диафрагмы 4 и вырезанный щелью диафрагмы участок изображения, примыкающий:к месту соприкосновения двух полуконтрастных изображений, проецируют на чувствительный электрод фотоэлемента 5. Фотоэлемент вырабатывает пропорциональный воспринимаемому световому потоку электрический сигнал, который после прохождения через устройство для обработки сигнала 6 регистрируют прибором 7 индикации.

К усилителю подсоединяют оперативное запоминающее и вычислительное устройство 8, имеющее выход на регистрирующий прибор P.; Между диафрагмой 4 и фотоэлементом (в сечении А-А) может быть помещено поворотное зеркало (нв чертеже не показано), направляющее изображение в щели диафрагмы в глазнойокуляр, что позволяет осуществить настройку величины раздвоения изображения кон т ролируемого объекта также визуально.

Нагрев микропроволоки осуществляют прямым пропусканием тока, для чего предусматриваются источник питания 10, токоиэмерительный прибор 11, контакты 12,,подводящие напряжение к направляющим роликам 13 и через них к нагреввемому

5 7427 участку микрообъекта 23, камера 14 с подачей в зону нагрева струи газа, например Д, привод 15 для перемотки мик-. рообъекта.

С помошью блока управления 16 осуществляется ручное и автоматическое управление циклом измсрения, нагревом микрообъекта и поддувом газа, подачей микрообъекта на измерительную позицию. Jlyчистый поток от нагретого участка микро- и объекта 23 вводят с помощью объектива

17 на фотоприемник инфракрасногo излучения 18, который подсоединен к источнику питания 19.

Перед вводом лучистого потока в фотоприемник он модулируется модулятором

20. Переменный сигнал с фотоприемника подается на устройство 21 для обработки сигнала и далее — на оперативное запоминающее и вычислительное устройство 8. После сравнения сигналов с оптического и инфракрасного измерительных каналов и вычисления устройством поправки 8 окончательный результат нодается на регистрирующий прибор 9.

Нагревание микропроволоки осуществляют непосредственно перед введением изображения микрообъекта в объектив микроскопа путем пропускания по микропроволоке электрического тока от источника 10 через контакты 12, подведенные к металлическим направляюшим роликам 13, по которым перематывается микрообъект 23 с помощью привода 15 с катушками. Благодаря омическому сопротивлени о участок микрообъекта прогревается, Контроль силы тока осуществляют по токоизмерительному прибору 11.

Перед нагреванием в камеру 14 подают струю сжатого (0,1-0,2 атм) газа, }который выносит продукты сгорания в сторону от измерительной позиции. При нагреве участок микропроволоки излучает энергию с частотами инфракрасного спек. 45 .тра, которая воспринимается фотоприемником 18, Электрический сигнал, пропорциональный радиационной температуре измеряемого участка, подается .с фотоприемника 18

50 на вход устройства для обработки сигнала 21, отградуированного по калибровоч- . ному сигналу на модели абсолютно черного тела, а затем — в оперативное запоминающее и вычислительное устройство 8, где сравнивается с эталонным электричеоким сигналом, вырабатываемым после измерения в световом канале текущего линейного размера микрообъекта и сооТае

05 6 вую(дем температуре микрообъекта этого же размера без погрешностей формы поперечного сечения.

Превышение величины электрического сигнала, поступающего с выхода устройства для обработки сигнала 21 в ycr ройство 8, над эталонным будет свидетельствовать о том, что размеры поперечного сечения в среднем меньше, чем измеренный по световому каналу, а умен шение — .больше. Поправка, величина которой может быть установлена расчетным путем или экспериментально, учитывается оперативным и вычислительным устройством 8 и на регистрирующий прибор 9 выдается уточненный линейный размер поперечного сечения микрообъекта.

После осуществления контроля всей длины проволоки токопровод и подвод сжатого газа прекращают. Управление циклом измерения, включая нагревение, осуществление газовой защиты и подачу проволоки, выполняют через блок управления

16.

Формула изобретения

Способ контроля линейных размеров микрообъектов с применением микроскопа, включающего диафрагму, расположенную в плоскости изображения, и фотоэлемент, заключающийся в том, что получают оптически раздвоенное изображение микрообъекта в щели диафрагмы и регистрируют фотоэлементом световой поток, проходящий через диафрагму, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности контроля, осуществля1от на измерительной позиции нагрев контролируемого участка микрообъекта пропусканием по нему электрического тока до температурьi сгорания загрязнений и частиц органического происхождения, находяшихся на объекте, обдувают микрообъект сжатым воздухом, регистрируют инфракрасный лучистый поток с нагретого участка микрообъекта и по величине электрических сигНалов, соответствующих световому и инфракрасному лучистому потокам, судят о контролируемол размере.

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

l4 241019, кл. G 01 В 11/08, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2341632/28, кл. G 01 В 11/02, 18.02.77. (прототип).

742705

Составитель Л. Лобзова

Редактор Л. Народная Техред М. Петко Корректор E. Папп

Заказ 3449/36 Тираж 801 Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4