專利名稱：測量薄層厚度的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一個依靠X射線輻照來測量薄層厚度的設(shè)備。
從DE 32 39 379 C2已知這種通用類型的設(shè)備，根據(jù)X射線熒光原理用于測量薄層厚度。設(shè)備具有一個發(fā)射X射線的X射線管，射向一個測量物體上的待測量層。在離開測量物體或離開待測量層的可變距離上，一個孔徑裝置設(shè)在測量物體和X射線管之間，并且限制了到待測量層上測量點(diǎn)的X射線輻照。從被照射測量物體發(fā)射的熒光射線被一個檢測器檢測和估計。在孔徑裝置和X射線管之間的光線路徑中設(shè)有一個半反射偏置鏡，容許X射線輻照通過，并且容許測量測量物體和層的圖像。
這種設(shè)備的孔徑裝置具有兩個或更多通孔，它們設(shè)在相互固定的距離上，并且具有不同的尺寸?？梢赃x擇這些通孔來適應(yīng)測量任務(wù)，由此可以檢測能精確確定的小測量點(diǎn)或測量帶。這種設(shè)備容許精確確定待測量層上個別極小的區(qū)域。為此需要高的強(qiáng)度，并作用在測量物體上。測量時間愈長，可以檢測的測量精度愈高。
也可以對大量生產(chǎn)件進(jìn)行薄層厚度測量。例如，在噴射泵的閥件情形中，需要檢測由電化鍍層過程涂復(fù)的層厚。生產(chǎn)幾百萬件的這些零件。確定薄層厚度的測量過程必須僅花很短測量時間。
因此本發(fā)明基于開發(fā)這種通用類型設(shè)備的目的，從而容許在極短測量時間內(nèi)精確測量薄層的厚度。
由權(quán)利要求1的特征達(dá)到了這個目的。在其他權(quán)利要求中規(guī)定了另外的有利改進(jìn)方式和發(fā)展。
提供一個孔徑裝置來達(dá)到要檢測涂層厚度的大量生產(chǎn)件的短測量時間，孔徑裝置具有一個孔徑開口，沿著光線方向看，其幾何形狀投射一個至少在幾處與待測量層幾何形狀配合的區(qū)域。這容許待測量層的表面被均勻照射，使得整個測量表面可以僅在一次測量過程中記錄。這個孔徑開口與待測量層幾何形狀的至少部分配合容許縮短大量生產(chǎn)件的測量時間。這具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。縮短測量時間容許更高的零件生產(chǎn)率。這容許進(jìn)行100％的測試，并且降低質(zhì)量測試的成本。這個本發(fā)明孔徑裝置的改進(jìn)方式容許采用X射線進(jìn)行大量生產(chǎn)件的無接觸測量，僅有極短的測量時間。
本發(fā)明有利的改進(jìn)方式為孔徑裝置的孔徑開口提供了一個環(huán)繞孔徑開口的吸收區(qū)，至少一個吸收區(qū)設(shè)在孔徑開口之內(nèi)或至少部分地靠近它。這個改進(jìn)方式容許X射線與許多幾何形狀配合，并且投射到測量表面上。在孔徑開口內(nèi)的至少一個吸收區(qū)設(shè)置成容許投射在表面上光線的次要區(qū)域在待測量層上被遮掩。這容許引導(dǎo)光線與測量物體或與待測量層表面相配合。
按照一個優(yōu)選實施例，設(shè)在孔徑開口內(nèi)的至少一個穿透開口具有間隙寬度和/或間隙長度，它沿著光線方向把一個區(qū)域投射到待測量層表面，它與待測量層區(qū)域的尺寸相同或較小。因此可以在一個測量過程內(nèi)采用孔徑裝置來照射待測量層的整個表面。至少一個穿透開口的供選擇的長寬幾何形狀容許同時測量這些與質(zhì)量測試有關(guān)的區(qū)域，并且容許其他區(qū)域被遮掩。因此可以把孔徑裝置與一個具體測量任務(wù)相配合。
孔徑裝置有利地具有至少一個為間隙形式的穿透開口，位于至少一個孔徑開口和在它之內(nèi)或靠近它的吸收區(qū)之間。這容許形成金屬絲結(jié)構(gòu)和線的形式或區(qū)域，輻照通過它射到待測量層的表面。這個至少一個穿透開口為間隙形式的改進(jìn)方式容許測量以高度金屬絲方式覆蓋的均勻區(qū)域以及表面范圍可變的區(qū)域。
最好提供形成環(huán)形間隙的至少一個穿透開口。這容許提供一個通常說的環(huán)形孔徑或環(huán)形準(zhǔn)直儀，特別用于測量旋轉(zhuǎn)對稱零件上的涂層。這些旋轉(zhuǎn)對稱零件可以具有一個或幾個涂了涂層和層厚待測量的圓形或環(huán)形區(qū)。
在一個優(yōu)選實施例中，至少一個穿透開口之間設(shè)有至少一個輻條，穿透開口為間隙形式并且相對于一個環(huán)形間隙設(shè)置，這個輻條定位了設(shè)在孔徑開口內(nèi)的吸收區(qū)。與相鄰的穿透開有關(guān)，輻條有利地設(shè)計成很窄，因此造成待測量層表面實際上為均勻照射或輻照。
或者是，可以提供許多輻條，例如提供由相互隔開的細(xì)絲組成的輻條。細(xì)絲可以設(shè)在孔徑裝置一側(cè)，或者作為孔徑裝置內(nèi)的一層。
按照本發(fā)明另一個有利的改進(jìn)方式，設(shè)在孔徑開口內(nèi)的吸收區(qū)可以設(shè)在孔徑開口平面之外。例如，沿著朝著光源方向移動內(nèi)部吸收區(qū)，可以達(dá)到減小穿透開口的間隙寬度。這容許減小測量平面中的輻照投射區(qū)域。
例如，這使得可以為孔徑裝置選擇較薄的材料，從而可易于加工?？讖窖b置最好由有機(jī)或無機(jī)玻璃形成，它最好是透明的。采用鉛玻璃特別適合。與輻照所需的能量成分有關(guān)，可以減小鉛玻璃的厚度，以便仍然達(dá)到X射線輻照的吸收率。因為大面積輻照用于測量，較低輻照強(qiáng)度足以進(jìn)行測量。
孔徑開口中的穿透開口最好與孔徑裝置表面形成直角。沿著光線方向看，這些穿透開口至少也可以稍微變寬。
本發(fā)明另一個有利的實施例提供了把孔徑裝置設(shè)計成使得它可以轉(zhuǎn)動。例如，從水平設(shè)置或從平行設(shè)置到測量平面的偏置，容許采用具有環(huán)形間隙的孔徑裝置來提供投射橢圓區(qū)的穿透開口。因此一個孔徑裝置可以與待測量物體表面的許多幾何形狀相配合。
在本發(fā)明另一個替代實施例中，在孔徑開口內(nèi)或至少部分與它靠近的至少一個區(qū)域可以設(shè)置成使它相對于孔徑開口可以轉(zhuǎn)動。例如，在環(huán)形孔徑情形中，可以把內(nèi)部吸收區(qū)設(shè)置成使它可以轉(zhuǎn)動來容許建立一個其透射率可變的孔徑裝置。
參照在附圖中說明的例子，在以下正文中將更詳細(xì)地描述和闡明本發(fā)明和其他有利的實施例及其發(fā)展。按照本發(fā)明，可以個別有效地或者以任何希望的組合形式利用在描述和附圖中得出的特性。在這些圖中

圖1表示了一個依靠X射線輻照來測量薄層的設(shè)備示意圖，圖2表示了光線路徑的示意圖，采用了按照本發(fā)明的孔徑裝置，
圖3表示了圖2所示孔徑裝置的示意平面圖，圖4a和4b表示了示意剖視圖，說明在層厚測量時一個測量物體處于不同的測量位置，圖5a和5b表示了孔徑裝置的一個替代實施例的示意圖，以及圖6表示了光線路徑的示意圖，采用了對圖2所示孔徑裝置的一個替代實施例。
圖1表示了一個依靠X射線輻照，特別是依靠X射線熒光輻照測量薄層厚度的設(shè)備11。這個設(shè)備11具有一個X射線管12，用于在一個外殼13中產(chǎn)生X射線。X射線通過外殼13中的一個開口射出，射到測量物體16的表面14上。依靠一個孔徑裝置17把X射線的一個規(guī)定表面區(qū)投射到測量物體16的表面14，孔徑裝置17設(shè)置在離開測量物體16表面14的確定距離上。一個正比靶管18或檢測器檢測由測量物體發(fā)射的熒光輻照或二次輻照，藉助數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來估計這個輻照。
設(shè)備11具有一個半反射鏡21，設(shè)置在X射線的光線路徑中，容許通過光學(xué)系統(tǒng)看到測量物體16表面14的圖像，用一個電子指示器22記錄，并通過一個監(jiān)測器輸出。
圖2以透視方式，放大而不成比例地表示了從X射線管到測量物體16的光線路徑?？讖窖b置17具有一個吸收區(qū)26，例如，它夾在一個調(diào)整機(jī)構(gòu)27中，通過調(diào)整機(jī)構(gòu)27可以調(diào)整到測量物體16表面14的距離?？讖窖b置17具有一個與外部吸收區(qū)26靠近的孔徑開口28。一個內(nèi)部吸收區(qū)29設(shè)置在孔徑開口28內(nèi)，通過它為孔徑開口28形成一個環(huán)形間隙31。采用在圖3所示平面視圖中更詳細(xì)說明的輻條32，相對于孔徑開口28定位了內(nèi)部吸收區(qū)29。按照實施例，由三個穿透的開口33形成了環(huán)形間隙31，使得X射線可能投射一個環(huán)形區(qū)36到測量物體16表面14上。這個環(huán)形區(qū)36相應(yīng)于一個測量區(qū)，它在測量物體上的層厚由這個設(shè)備11來確定。
按照實施例，測量物體16是一個旋轉(zhuǎn)對稱零件，用于電動車輛的噴射泵中。在優(yōu)選采用的電化鍍層過程中，涂層38涂敷在端面37上，并且至少在幾處延伸到側(cè)邊。例如，這個鍍層38為層厚待測量的鉻鍍層。
這些舉例說明的測量物體16為大量生產(chǎn)件，必須進(jìn)行100％的測試。此時的目的是測試端面37的層厚，以保證涂層38至少具有所需的層厚。
孔徑裝置17的改進(jìn)方式如圖2和3所示，它也稱為環(huán)形準(zhǔn)直儀，使得可以在幾秒，例如在一秒的測量時間內(nèi)記錄環(huán)形區(qū)36的層厚。孔徑裝置1 7容許X射線均勻地達(dá)到表面14。設(shè)在其中的輻條32設(shè)計成比較薄，從而其陰影可以忽略。
圖4a表示了測量物體16的示意截面圖。當(dāng)測量物體16相對于光線路徑處于一個理想對準(zhǔn)位置時，環(huán)形區(qū)36投射到端面37的涂層38上，如圖4a所示。這個環(huán)形區(qū)36最好位于中心區(qū)。
這些零件具有涂層38從內(nèi)向外增加的特征。提供環(huán)形區(qū)36與此配合，使得其趨勢更靠近周向表面的外邊區(qū)而不是內(nèi)邊區(qū)。環(huán)形區(qū)36的寬度與測量區(qū)寬度或與測量物體16端面37配合。依靠一個估計設(shè)備，從環(huán)形區(qū)發(fā)射的二次輻照積分所確定的數(shù)據(jù)，以確定層厚。
這個環(huán)形孔徑裝置具有對偏差不敏感的優(yōu)點(diǎn)。例如，圖4b表示了相對于光線軸線具有橫向偏移的測量物體16。從環(huán)形區(qū)36相對于涂層38的位置可以看出，在右側(cè)輻照的涂層截面比在左側(cè)的厚。平均化地確定在整個環(huán)形區(qū)上的積分值，因此得到更真實的值。
環(huán)形區(qū)中這個完整的或基本上完整的輻照容許在短時間內(nèi)進(jìn)行大量生產(chǎn)件的100％測試。這在敏感表面情形中特別有利。與常規(guī)的點(diǎn)測量相比，孔徑裝置提供的較大測量區(qū)造成更多的初次輻照，從而得到比一個檢測器可記錄的更多的二次輻照。由此可以達(dá)到更短的測量時間。在實施例描述的測量物體情形下，例如，可以達(dá)到一秒或更少的測量時間。這容許采用X射線熒光甚至在短周期內(nèi)進(jìn)行無接觸測量。
原則上，可以以許多方式來改變孔徑裝置17的構(gòu)形，并且可以與測量物體16表面14或測量物體16表面區(qū)的相關(guān)幾何形狀相配合。例如，環(huán)形區(qū)36可以在旋轉(zhuǎn)對稱零件的整個壁厚上延伸，如圖4a和4b所示。環(huán)形區(qū)36的環(huán)寬可以供選擇地調(diào)整。個別環(huán)形段的形狀和輪廓也可以改變。例如，輻條32可以覆蓋環(huán)形區(qū)的很大部分。另外，如圖3所示，替代一個或幾個與吸收區(qū)相同材料組成的輻條，例如可以提供金屬絲來相對于外區(qū)26定位內(nèi)區(qū)29。例如，可以把絲或絲網(wǎng)澆鑄在由鉛玻璃形成的孔徑裝置17中。
另外，或者是，例如可以為所說明的內(nèi)部吸收區(qū)29提供一個依靠可轉(zhuǎn)動軸保持的圓盤形式。這容許轉(zhuǎn)動內(nèi)部吸收區(qū)29來達(dá)到可變化的透射率，作為所希望測量區(qū)的函數(shù)。內(nèi)部吸收區(qū)29可以具有封閉的位置，其中孔徑開口28為封閉。例如，通過幾度角度稍微打開孔徑開口28，可以釋放兩個鐮刀形的區(qū)域，在測量物體16表面14上投射相應(yīng)的區(qū)域。轉(zhuǎn)動90°也可以得到實際上完整的輻照。
孔徑裝置17由有機(jī)或無機(jī)玻璃形成。最好采用透明的鉛玻璃，以便通過一個指示器22看到測量物體。用于達(dá)到X射線輻照吸收率的玻璃厚度與X射線輻照的光線質(zhì)量有關(guān)。例如，可以采用壁厚小于8mm的鉛玻璃，最好為1到4mm。孔徑裝置17可以具有已處理的上、下面。也可以提供如金屬的鍍層。
孔徑開口28可以在區(qū)域26中具有任何希望的幾何形狀，也可以用相對于開口28的任何方式設(shè)置內(nèi)部吸收區(qū)29?？梢蕴峁┚哂型繉雍托铚y量厚度的任何幾何結(jié)構(gòu)的測量物體16。例如，可以形成U形或V形穿透開口。也可以形成三葉草結(jié)構(gòu)、或者相互設(shè)置在一個圓上的許多環(huán)形結(jié)構(gòu)。通孔33的寬度和長度及其數(shù)目和尺寸，以及內(nèi)部吸收區(qū)29的數(shù)目是可變的，并且可以按許多方式組合。
例如，表示為一個環(huán)形準(zhǔn)直儀的孔徑裝置17可以繞一條水平軸線轉(zhuǎn)動而成像為一個橢圓環(huán)形區(qū)36。這個繞轉(zhuǎn)動軸線的傾斜位置可以具有疊加在其上面的至少繞另一條轉(zhuǎn)動軸線的傾斜位置。
圖5a和5b表示了孔徑裝置17的另一個替代實施例。在這個改進(jìn)方式中，內(nèi)部吸收區(qū)29由一個蓋片形成，它可以轉(zhuǎn)動，并且設(shè)置成可以繞著一條軸線40轉(zhuǎn)動到平面以外。這條軸線可以與一個驅(qū)動裝置連接，因此使得可以為內(nèi)部吸收區(qū)29設(shè)定可變化的位置。這個驅(qū)動裝置可以容許極精細(xì)的角度位置調(diào)整。
例如，如位置41所示，內(nèi)部吸收區(qū)29設(shè)在與外部區(qū)26相同的平面中。在這個設(shè)置中，產(chǎn)生的投射區(qū)域用編號41′代表，如圖5b所示。
在這個實施例中，提供了一個環(huán)形開口33，它在圖5b中也成像為一個環(huán)形區(qū)33?；蛘呤?，可以提供內(nèi)部區(qū)域29在位置41上緊靠外部區(qū)26，由此有效地造成沒有X射線輻照的路徑。
如果軸線轉(zhuǎn)動幾度角度，例如內(nèi)部區(qū)域29移到位置42。這造成一個被覆蓋的投射區(qū)42′，除此之外，造成射到測量物體上的光線。
例如所示的另一個位置43形成更小的區(qū)域43′，使得入射的輻照區(qū)變得更大。在最大的90°上，內(nèi)部區(qū)域29的轉(zhuǎn)動可以遮擋可忽略的最小區(qū)域。優(yōu)選采用逐步調(diào)整的過程來容許移到各個位置。所表示的內(nèi)部區(qū)域29或可轉(zhuǎn)動蓋片的幾何形狀僅為舉例方式，而并不受此限制。
圖6表示了孔徑裝置17另一個替代的改進(jìn)方式。這個改進(jìn)方式提供內(nèi)部吸收區(qū)29移到外部區(qū)26平面之外，例如設(shè)置成沿朝著光源方向為偏置，雖然也可以沿相反方向移動。這容許改變間隙的寬度，而保持穿透開口33的基本幾何形狀。此外，可以同時設(shè)置區(qū)域26和區(qū)域29，使得可以繞著至少一條轉(zhuǎn)動軸線相互獨(dú)立地調(diào)整它們。內(nèi)部區(qū)域29可以設(shè)置成與區(qū)域26分開，采用金屬絲或其他適當(dāng)?shù)姆绞奖３衷谀抢?，以容許它與外部區(qū)域26分開設(shè)置。
顯然，可以提供三角形、方形、多角形、橢圓形或者其他開口圓形或波線形等來替代環(huán)形間隙，特別是把待測量層的表面幾何形狀設(shè)置成一部分測量物體表面被遮掩了X射線輻照或遮掩了投射到測量物體表面的區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種測量薄層厚度的設(shè)備，采用一個發(fā)射射向待測量層的X射線的X射線管(12)，依靠X射線進(jìn)行測量，該設(shè)備具有至少一個設(shè)在X射線管(12)和待測量層之間的孔徑裝置(17)，孔徑裝置(17)包括一個吸收X射線的區(qū)域(26)和具有一個孔徑開口(28)，特征在于在孔徑裝置(17)中至少一個孔徑開口(28)具有一個幾何形狀，沿光線方向看，它投射一個至少在幾處與待測量層幾何形狀相配合的區(qū)域。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，特征在于孔徑裝置(17)具有一個環(huán)繞至少一個孔徑開口(28)的吸收區(qū)(26)，和至少一個內(nèi)部吸收區(qū)(29)設(shè)在至少一個孔徑開口(28)之內(nèi)或者至少部分地靠近它，由此至少一個穿透開口(33)形成在孔徑開口(28)中。
3.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，特征在于至少一個穿透開口(33)具有長度和寬度，它沿光線方向把一個區(qū)域投射在待測量層上，其尺寸相同于或小于待測量層的幾何形狀。
4.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于至少一個為間隙形式的穿透開口(33)形成在孔徑開口(28)和內(nèi)部吸收區(qū)(29)之間。
5.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于至少一個穿透開口(33)為環(huán)形間隙形式。
6.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于間隙形式的穿透開口(33)設(shè)置成形成一個被至少一個輻條(32)斷開的環(huán)形間隙。
7.按照權(quán)利要求6的設(shè)備，特征在于提供了許多輻條(32)，并且相互隔開。
8.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于在孔徑開口(28)之內(nèi)或至少部分地靠近它的吸收區(qū)(29)可以定位在孔徑開口(28)之外的平面中。
9.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于孔徑裝置(17)由有機(jī)或無機(jī)玻璃，特別是由鉛玻璃形成。
10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，特征在于孔徑裝置(17)由透明玻璃形成。
11.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于至少一個穿透開口(33)形成為與孔徑裝置(17)表面成直角。
12.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于孔徑裝置(17)設(shè)置成使它可以繞至少一條軸線轉(zhuǎn)動。
13.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于設(shè)在孔徑開口(28)中的至少一個吸收區(qū)(29)安裝成使它可以轉(zhuǎn)動。
14.按照以上權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于由孔徑裝置(17)用X射線投射的區(qū)域把二次輻照發(fā)射到待測量層上，從二次輻照可以確定相對于層厚的積分值。
全文摘要
本發(fā)明涉及了采用一個發(fā)射射向待測量層的X射線的X射線管(12)、依靠X射線測量薄層厚度的一個設(shè)備，設(shè)備具有至少一個設(shè)在X射線管(12)和待測量層之間的孔徑裝置(17)，孔徑裝置(17)包括一個吸收X射線的區(qū)域(26)和具有一個孔徑開口(28)，其中在孔徑裝置(17)中至少一個孔徑開口(28)具有一個幾何形狀，沿光線方向看，它投射一個至少在幾處與待測量層幾何形狀相配合的區(qū)域(相關(guān)附圖為圖2)。
文檔編號G01B15/02GK1508513SQ200310123119
公開日2004年6月30日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
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