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用于測(cè)量基片中間隔區(qū)域的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量基片中間隔區(qū)域的系統(tǒng)。該用于測(cè)量至少一個(gè)基片(6)的第一部分(4)和第二部分(5)之間的間隔區(qū)域C擴(kuò)展的所述系統(tǒng)(2)包括：用于發(fā)射至少兩個(gè)入射光束Fi的模塊(10)，每個(gè)入射光束在基片(6)上照亮間隔點(diǎn)，所述至少兩個(gè)入射光束Fi能夠穿過第一部分(4)和間隔區(qū)域C以及遇到第二部分，這樣每個(gè)入射光束產(chǎn)生至少一個(gè)源自第一部分(4)和間隔區(qū)域C之間界面的第一出射光束Fe，以及至少一個(gè)源自間隔區(qū)域C和第二部分(5)之間界面的第二出射光束Fe；用于檢測(cè)產(chǎn)生自第一和第二出射光束Fe之間干涉的光強(qiáng)的檢測(cè)模塊(8)；以及用于確定間隔區(qū)域C擴(kuò)展?fàn)顩r的計(jì)算機(jī)(11)。
【專利說明】用于測(cè)量基片中間隔區(qū)域的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量至少一個(gè)基片的第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域擴(kuò)展的系統(tǒng)。此外本發(fā)明涉及一種適用于擴(kuò)展所述間隔區(qū)域的裝置。最后，本發(fā)明涉及一種測(cè)量所述間隔區(qū)域擴(kuò)展的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]某些工業(yè)生產(chǎn)過程是基于易碎材料基片的破裂，例如:
[0003]-智能切割?過程，允許通過材料的破裂分離基片的薄膜，所述破裂是由基片中的氣態(tài)離子物種引導(dǎo)的，
[0004]-用于分離盎格魯-撒克遜(Anglo-Saxon)術(shù)語中也稱為‘晶片’的材料晶片上不同部分的裂開過程。
[0005]破裂速度以及更普遍的破裂動(dòng)力學(xué)的控制是必要的，因?yàn)橥ǔＦ屏训谋砻?，也就是說破裂材料表面的粗糙度是受破裂前鋒擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)方面影響的。
[0006]此外，為了例如能夠預(yù)知或者利用破裂路徑，控制破裂穿過材料擴(kuò)展的方式也許是有用的。
[0007]破裂的觀測(cè)可以通過破裂計(jì)量表實(shí)現(xiàn)。這些計(jì)量表包括位于提供的破裂路徑上的小電線網(wǎng)絡(luò)，在破裂前鋒的通道期間與材料同時(shí)破裂。但是所述網(wǎng)絡(luò)被結(jié)合到要破裂的基片的側(cè)面，以使得打開的速度僅在基片的該相同側(cè)進(jìn)行測(cè)量。該技術(shù)因此僅提供關(guān)于局部速度的信息。此外，所述網(wǎng)絡(luò)到基片上的結(jié)合可以導(dǎo)致破裂波擴(kuò)展的干擾。
[0008]高速攝影方法也允許觀測(cè)來自基片側(cè)面的裂紋前緣的擴(kuò)展。所述方法在相對(duì)柔軟且透明的材料的破裂期間是有效的。為了獲得關(guān)于在裂紋前緣附近的應(yīng)力場(chǎng)的信息，彈光效應(yīng)也可以和高速攝影結(jié)合到一起。然而，當(dāng)厘米級(jí)基片的破裂以幾個(gè)km/s的速度移動(dòng)時(shí)，例如對(duì)于在硅中的破裂從lkm/s到4km/s，有必要使用在每秒一百萬圖像范圍之內(nèi)的頻率。該頻率是極難獲得的，并且非常昂貴。此外，僅僅在可見光下透明的材料可以用于破裂的整個(gè)平面的描述。
[0009]還存在有破裂基片表面的破裂相的刻面的觀測(cè)方法，但是這些方法限制研究破裂通路之后的破裂路徑和速度。
[0010]同樣地，對(duì)于某些工業(yè)生產(chǎn)過程，研究材料的兩個(gè)表面相互靠近的方式也可以是令人感興趣的。相對(duì)慢的結(jié)合波的觀測(cè)通常通過使用攝像機(jī)進(jìn)行，其速度例如是在幾個(gè)_/s和幾個(gè)cm/s之間。但是對(duì)于一些結(jié)合，特別是真空直接結(jié)合，所述結(jié)合波傳導(dǎo)得非?？欤纾詭讉€(gè)km/s范圍的速度。然而，當(dāng)前可用并且廉價(jià)的方法不允許在所述范圍的速度內(nèi)描述結(jié)合波。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的一個(gè)目的是克服一個(gè)或者更多的所述缺點(diǎn)。為此，根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種測(cè)量至少一個(gè)基片的第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C擴(kuò)展的測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括:
[0012]-用于發(fā)射至少兩個(gè)均照亮基片區(qū)域的空間分開的入射光束Fi的發(fā)射模塊，所述發(fā)射模塊被設(shè)置以使得至少兩個(gè)入射光束Fi能夠穿過第一部分、間隔區(qū)域C并且遇到第二部分，這樣每個(gè)入射光束產(chǎn)生源自第一部分和間隔區(qū)域C之間界面的至少第一出射光束Fe，和源自間隔區(qū)域C和第二部分之間界面的至少第二出射光束Fe，
[0013]-用于檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度的檢測(cè)模塊，該檢測(cè)模塊被設(shè)置以便在第一和第二出射光束Fe之間的干涉給定點(diǎn)上檢測(cè)產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的值，
[0014]-計(jì)算機(jī)，其被設(shè)置為根據(jù)由檢測(cè)模塊檢測(cè)的發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間變化來確定代表間隔區(qū)域C擴(kuò)展情況的至少一個(gè)參數(shù)，
[0015]本申請(qǐng)中，‘第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C’的表達(dá)，意味著所述區(qū)域在這兩個(gè)部分之間延伸并且可以呈現(xiàn)由第一部分和第二部分的表面之間的接觸點(diǎn)形成的兩面角的形狀。
[0016]本申請(qǐng)中以及在第一部分和第二部分結(jié)合的范圍內(nèi)，‘間隔區(qū)域的擴(kuò)展’意味著由于兩個(gè)部分的表面的接近，在結(jié)合擴(kuò)展之前的間隔區(qū)域的移位。
[0017]本發(fā)明中以及破裂的范圍內(nèi)，‘間隔區(qū)域的擴(kuò)展’的表達(dá)，意味著由于基片兩部分之間的表面的距離，破裂前鋒通路之后的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展。
[0018]‘光束可以遇到(rencontrer)第二部分’的表達(dá)意味著‘可以照亮第二部分的光束’光束被第二部分反射或者部分地通過第二部分透射。
[0019]該裝置容易設(shè)置、便宜并且允許測(cè)量非常高的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展速度，當(dāng)觀測(cè)由脆性材料和高剛度的材料例如硅和陶瓷制成的部分時(shí)是特別有用的。此外，由于允許測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分之間的非常低的間隔區(qū)域C的厚度，所述裝置是高度靈敏的，例如在幾個(gè)波長(zhǎng)部分的范圍內(nèi)。測(cè)量系統(tǒng)因此可以檢測(cè)破裂或者結(jié)合發(fā)生的精確時(shí)刻。此外，所述裝置是非常精確的因?yàn)樗试S通過干涉測(cè)量來確定兩個(gè)部分之間的間隔或者近似輪廓。它也允許實(shí)行非接觸測(cè)量，而不改變待研究的基片。
[0020]‘至少兩個(gè)空間分開的光束’的表達(dá)意味著光束的路徑不一致以使得它們各自照亮基片表面的局部區(qū)域。被照亮的區(qū)域是不同的并且因此可以在基片整個(gè)表面上處于不同的位置。
[0021]優(yōu)選地，檢測(cè)模塊和計(jì)算機(jī)被配置以確定第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展速度。所述測(cè)量系統(tǒng)因此能夠測(cè)量在基片的第一部分和第二部分之間的結(jié)合擴(kuò)展之前的或者在基片的第一部分和第二部分之間的破裂前鋒之后非常高的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展速度(例如在幾個(gè)km/s的范圍內(nèi))。
[0022]根據(jù)具體的實(shí)施例，至少兩個(gè)入射光束當(dāng)處于不同的面時(shí)每個(gè)照亮基片的區(qū)域。非共面光束的這種設(shè)置允許檢測(cè)該發(fā)生的事件并且允許測(cè)量在基片的整個(gè)表面上分布的不同點(diǎn)之間的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展速度。
[0023]有利地，至少兩個(gè)入射光束被設(shè)置以便共面從而允許測(cè)量在光束平面方向上的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展。
[0024]所述設(shè)置有利于確定在第一部分和第二部分之間的破裂期間第一部分和第二部分之間的間隔輪廓或者在第一部分和第二部分的結(jié)合期間的近似輪廓。因此能夠在破裂或者結(jié)合期間確定施加在基片部分上的應(yīng)力的強(qiáng)度和變化，并且能夠研究和確定發(fā)揮作用的機(jī)制。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，發(fā)射模塊包括至少兩個(gè)適用于發(fā)射光束的光源。因此能夠通過光源的簡(jiǎn)單位移很容易地改變?nèi)肷涔馐g或者它們的方向之間的距離。這也允許根據(jù)待觀測(cè)的基片的尺寸方便增添或者移除光源。
[0026]優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊包括光源和至少一個(gè)耦合器，所述光源和至少一個(gè)耦合器被設(shè)置以使得所述至少一個(gè)耦合器能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的光分離為至少兩個(gè)光束。
[0027]有利地，所述發(fā)射模塊包括至少兩個(gè)單模光纖和至少兩個(gè)準(zhǔn)直儀，所述光纖適用于將由至少一個(gè)耦合器產(chǎn)生的光束分別引導(dǎo)到準(zhǔn)直儀，所述準(zhǔn)直儀適用于產(chǎn)生至少兩個(gè)入射光束。因此，在沒有信號(hào)傳播至允許發(fā)射一束平行光線的準(zhǔn)直儀的情形下，入射光束被引導(dǎo)。該設(shè)置允許將光源從測(cè)量區(qū)域移開。
[0028]根據(jù)可能的實(shí)施例，光源是單色的，并且特別地包括激光器，例如適用于硅基片情況的紅外激光管。
[0029]有利的，所述發(fā)射模塊設(shè)置為產(chǎn)生至少兩個(gè)入射光束Fi，它們是單色的、相關(guān)的和強(qiáng)烈的以使得檢測(cè)的光強(qiáng)大于檢測(cè)測(cè)量的噪音。典型地，光束的發(fā)光能力大于0.1mW并且有利地大于0.5，甚至lmW。
[0030]優(yōu)選地，至少一個(gè)入射光束被選擇以使得其發(fā)光強(qiáng)度的至少10%可以透射第一部分以便保持足夠的發(fā)光強(qiáng)度來較好地觀測(cè)當(dāng)光束穿過間隔區(qū)域C時(shí)反射和/或者透射的變化。
[0031]根據(jù)具體實(shí)施例，所述發(fā)射模塊和檢測(cè)模塊被設(shè)置在所述至少一個(gè)基片的同側(cè)上以便當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)在反射模式下運(yùn)行時(shí)，特別地當(dāng)入射光束被第二部分反射時(shí)檢測(cè)出射光束。
[0032]有利地，所述至少一個(gè)入射光束也被選擇以使得其發(fā)光強(qiáng)度的至少10%可以通過所述至少一個(gè)入射光束遇到的第二部分透射，從而所述發(fā)射模塊和檢測(cè)模塊被設(shè)置在所述至少一個(gè)基片的兩側(cè)上。因此當(dāng)所述裝置發(fā)射運(yùn)行時(shí)能夠檢測(cè)出射光束。此外，由于所述配置，多數(shù)基片可以以平行的方式設(shè)置并且從而它們的主表面垂直于入射光束的方向。所述光束因此可以穿過所有的基片。因此能夠以單一測(cè)量步驟測(cè)量基片中間隔區(qū)域的擴(kuò)展。
[0033]典型地，所述至少一個(gè)入射光束的波長(zhǎng)被選擇以使得其發(fā)光強(qiáng)度的至少10%的可以通過第二部分和/或者第一部分透射。
[0034]優(yōu)選地，所述檢測(cè)模塊包括至少一個(gè)發(fā)光強(qiáng)度接收器和至少一個(gè)光電探測(cè)器以便在第一光束和第二光束之間干涉的給定點(diǎn)處將產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的接收值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0035]根據(jù)一個(gè)可能性，測(cè)量系統(tǒng)包括電信號(hào)采集與記錄裝置，例如取樣器，例如數(shù)字示波器或者模電數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡，從而它可以存儲(chǔ)信息，該信息尤其作為基礎(chǔ)用于通過計(jì)算機(jī)來計(jì)算間隔區(qū)域C的擴(kuò)展速度。
[0036]典型地，所述計(jì)算機(jī)包括處理器。
[0037]根據(jù)一個(gè)可能性，電信號(hào)采集與記錄裝置被集成到計(jì)算機(jī)上。
[0038]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及適用于擴(kuò)展至少一個(gè)基片的第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C的裝置，所述裝置包括測(cè)量臺(tái)，例如爐子、牽引機(jī)或者機(jī)械試驗(yàn)機(jī)，裝配有適用于感應(yīng)第一部分和第二部分之間破裂或者結(jié)合的裝置，以及如前所述的用于測(cè)量間隔區(qū)域C擴(kuò)展的測(cè)量系統(tǒng)。所述裝置允許在測(cè)量臺(tái)上原地測(cè)量代表間隔區(qū)域C擴(kuò)展?fàn)顩r的參數(shù)，在測(cè)量臺(tái)上允許兩部分之間破裂或者結(jié)合。這些參數(shù)例如是破裂或者結(jié)合發(fā)生的檢測(cè)、破裂前鋒或者結(jié)合前鋒的速度，以及兩個(gè)部分之間的間隔或者近似輪廓。所述間隔輪廓在破裂的情況下呈現(xiàn)逐漸增大的值，而在結(jié)合期間呈現(xiàn)逐漸變小的值，直到變?yōu)榱?。一旦信息被處理，所述信息允許確定在破裂或者結(jié)合期間介入的現(xiàn)象，例如材料受到的應(yīng)力以及破裂或者結(jié)合的機(jī)理。
[0039]根據(jù)一個(gè)可能性，為了能夠引起真空結(jié)合和/或者破裂，所述測(cè)量臺(tái)是封閉式外殼，尤其是密封爐子。
[0040]根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量至少一個(gè)基片的第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C擴(kuò)展的方法，所述方法包括下面的步驟:
[0041]-發(fā)射至少兩個(gè)空間分開的入射光束，每個(gè)入射光束照亮所述基片的區(qū)域，以使得每個(gè)入射光束產(chǎn)生源自第一部分和間隔區(qū)域C之間界面的至少第一出射光束，以及產(chǎn)生源自間隔區(qū)域C和第二部分之間的界面的至少一個(gè)第二出射光束，
[0042]-在第一檢測(cè)位置在第一出射光束和第二出射光束之間的干涉給定點(diǎn)上檢測(cè)產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的值，
[0043]-在第二檢測(cè)位置在第一出射光束和第二出射光束之間的干涉給定點(diǎn)上檢測(cè)產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的值，
[0044]-測(cè)量在第一檢測(cè)位置上間隔區(qū)域C出現(xiàn)的第一檢測(cè)時(shí)刻和在第二檢測(cè)位置上間隔區(qū)域C出現(xiàn)的第二檢測(cè)時(shí)刻之間的時(shí)間差，并且
[0045]-根據(jù)第一檢測(cè)時(shí)刻和第二檢測(cè)時(shí)刻之間的時(shí)間差和第一檢測(cè)位置和第二檢測(cè)位置之間的距離，確定所述至少一個(gè)基片的第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展速度。
[0046]所述方法因此允許原地輕易地觀測(cè)破裂或者結(jié)合期間基片的兩個(gè)部分之間的間隔區(qū)域C非?？焖俚臄U(kuò)展。使用基片出射光束的光信號(hào)能夠獲得非常清晰且準(zhǔn)確的測(cè)量。
[0047]有利地，第一部分和第二部分表面兩側(cè)均被打磨以便限制光束的漫射。
[0048]優(yōu)選地，所述方法包括包含選擇至少一個(gè)入射光束的步驟，以使得至少10%的入射光束的發(fā)光強(qiáng)度可以通過第一遍歷部分透射。
[0049]根據(jù)一個(gè)可能性，所述方法進(jìn)一步包括包含通過發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間變化檢測(cè)基片中間隔區(qū)域C出現(xiàn)的步驟。間隔區(qū)域C出現(xiàn)的檢測(cè)在光波長(zhǎng)的幾個(gè)部分的規(guī)模上執(zhí)行，它允許測(cè)量非常低的打開厚度。
[0050]如果已知結(jié)合或者破裂的開始位置和時(shí)刻的話，所述方法也允許根據(jù)結(jié)合或者破裂開始的位置和檢測(cè)點(diǎn)之間的距離以及破裂或者結(jié)合的開始時(shí)刻和檢測(cè)的開始時(shí)刻之間的時(shí)間，確定間隔區(qū)域C擴(kuò)展的速度。
[0051]有利地，所述方法進(jìn)一步包括包含確定檢測(cè)模塊檢測(cè)的發(fā)光強(qiáng)度的至少兩個(gè)連續(xù)最大值之間經(jīng)過的時(shí)間的步驟，以便確定第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C擴(kuò)展的速度。所述確定是非常精確的因?yàn)樗褂昧烁缮鏈y(cè)量。兩個(gè)部分之間的間隔或者近似輪廓在由有關(guān)的光電探測(cè)器的位置確定的位置處獲得。對(duì)于使用的光電探測(cè)器的每個(gè)位置，可以獲得輪廓。因此如果使用不同的系統(tǒng)，則可以確定結(jié)合或者破裂的動(dòng)態(tài)輪廓。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，所述方法包括下面的步驟:
[0053]-使幾個(gè)基片透射發(fā)射光束Fi至少10%的發(fā)光強(qiáng)度，并且發(fā)射至少一個(gè)入射光束以使得它穿過每個(gè)第一部分、每個(gè)第二部分和每個(gè)間隔區(qū)域C。
[0054]通過這種方式，能夠以單個(gè)數(shù)據(jù)采集步驟的方式檢測(cè)多個(gè)基片的第一部分和第二部分之間的間隔區(qū)域C的出現(xiàn)、間隔區(qū)域C擴(kuò)展的速度和間隔輪廓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0055]本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將通過閱讀下面通過非限制性例子給出的和參照【專利附圖】

【附圖說明】的不同實(shí)施例的描述變得更清晰。附圖不一定代表展示的所有元件的比例以便提高其可讀性。虛線代表由脆化平面定界的基片的第一部分和第二部分。下面的描述，為了簡(jiǎn)化起見、不同實(shí)施例中的相同、相似或者等價(jià)元件采用相同的附圖標(biāo)記。
[0056]-圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
[0057]-圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、由不同光電探測(cè)器獲得的電子信號(hào)的示意圖。
[0058]-圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、在反射模式下運(yùn)行的一部分測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
[0059]-圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、在多個(gè)基片上執(zhí)行測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0060]圖1示出了適用于擴(kuò)展間隔區(qū)域C的裝置1，包括測(cè)量臺(tái)3和用于測(cè)量間隔區(qū)域C擴(kuò)展的測(cè)量系統(tǒng)2，該測(cè)量臺(tái)3裝備有特別適用于感應(yīng)基片6的第一部分4和第二部分5之間破裂的裝置，例如在硅中。測(cè)量臺(tái)3例如可以是破裂的外殼(enceinte)，例如爐子。
[0061]測(cè)量系統(tǒng)2包括用于發(fā)射四個(gè)入射光束Fi的發(fā)射模塊10，所述入射光束適用于穿過形成放置在外殼3中的基片6的第二部分5和/或者第一部分4。測(cè)量系統(tǒng)2也包括包含用于接收和檢測(cè)出射光束Fe的接收器7的檢測(cè)模塊8。檢測(cè)模塊8也包括將通過接收器7接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流的二極管15。測(cè)量系統(tǒng)2最后包括信號(hào)采集與記錄裝置9以及適用于確定基片6的第一部分4和第二部分5之間的間隔區(qū)域C擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算機(jī)11。
[0062]注意的是如圖1所示的測(cè)量系統(tǒng)2用于透射模式下的運(yùn)行，也就是說發(fā)射模塊10和檢測(cè)模塊8相互面對(duì)放置在基片6的兩側(cè)。該傳輸操作僅當(dāng)基片6的兩個(gè)部分4、5對(duì)光束足夠透明時(shí)，即它們透視光束Fi的至少10%的發(fā)光強(qiáng)度時(shí)適用。
[0063]發(fā)射模塊10是由能夠發(fā)射單色、相干和強(qiáng)烈的光束的光源12構(gòu)成的，例如紅外激光管。發(fā)生器(未示出)允許驅(qū)動(dòng)硅透明紅外激光管12。
[0064]從而，發(fā)射模塊10在光束經(jīng)過的光學(xué)路徑的方向上相繼包括稱合器13和激光二極管12，該耦合器將激光二極管12發(fā)射的光分為四個(gè)單色光束。四個(gè)單模光導(dǎo)纖維將所述光束分別傳送到四個(gè)準(zhǔn)直儀14上，所述四個(gè)準(zhǔn)直儀14放置在允許破裂的外殼13中。準(zhǔn)直儀14產(chǎn)生的入射光束Fi是平行的且共面的。入射光束Fi也可以不共面。它們可以朝向分布在基片6整個(gè)主表面上的不同點(diǎn)發(fā)射。
[0065]適用于破裂(未不出)的操縱室(nacelle)配置在外殼3內(nèi)以在其中插入基片6,以使得四個(gè)入射光束Fi可以穿過透明基片6的兩個(gè)部分4、5以及脆化平面。包括四個(gè)接收器7和四個(gè)光電探測(cè)器15的檢測(cè)模塊8與準(zhǔn)直儀14對(duì)稱地放置以便接受基片6的出射光束Fe。在所述例子中，四個(gè)光導(dǎo)纖維，例如單?；蛘叨嗄９鈱?dǎo)纖維，用于將光信號(hào)傳送到外殼3的外部，直到四個(gè)光電探測(cè)器15，例如光電二極管。
[0066]光電探測(cè)器15適用于通過電纜將四個(gè)接收器7接收的四個(gè)出射光束Fe的發(fā)光強(qiáng)度的值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以便將它們發(fā)送到采集與記錄裝置9，例如數(shù)字示波器。連接電纜允許傳送記錄來供例如處理器的計(jì)算機(jī)11處理的信息。在可選實(shí)施例中，未示出，采集與記錄裝置9被集成到計(jì)算機(jī)11中。
[0067]在未示出的實(shí)施例中，構(gòu)成發(fā)射模塊10和檢測(cè)模塊8的所有元件都放置在外殼3內(nèi)。
[0068]測(cè)量系統(tǒng)2運(yùn)行的第一個(gè)例子現(xiàn)在用于描述測(cè)量由硅的兩個(gè)部分4、5構(gòu)成的基片6的破裂。所述兩個(gè)部分4、5是由事先通過基片6中的離子種類的植入獲得的脆化平面進(jìn)行定界的并且在脆化平面等級(jí)上破裂可以例如通過熱處理引起，可能地通過機(jī)械作用如葉片的插入來協(xié)助。脆化的其他起源可以用于獲得這種基片6中的分裂。
[0069]激光二極管12的發(fā)射波長(zhǎng)被選為大于llOOnm，并且例如等于1310nm以便穿過硅的兩部分4、5。實(shí)際上，硅在這些波長(zhǎng)上是透明材料。它可以透射這種波長(zhǎng)的光束的超過10%的發(fā)光強(qiáng)度。在所述例子中，激光二極管12的功率是5mW，這允許產(chǎn)生四個(gè)1.25mff的光束。
[0070]當(dāng)基片6位于殼體3的操縱室內(nèi)時(shí)，入射光束Fi穿過基片6。接收的出射光束Fe呈現(xiàn)恒定的發(fā)光強(qiáng)度作為時(shí)間函數(shù)。
[0071]然后將熱處理應(yīng)用到外殼3中以便引起脆化平面處基片6的破裂。例如由脆化平面上的葉片(未示出)形成的機(jī)械應(yīng)力可以完成應(yīng)用到基片6上的熱預(yù)算的效果并且可以完成破裂的開始。在該時(shí)刻當(dāng)破裂開始時(shí)，間隔區(qū)域C(或者空氣角落)出現(xiàn)在以間隔開的兩個(gè)部分4、5之間，如圖1中通過放大所示。一旦開始，破裂前鋒然后沿著脆化平面非?？焖俚匾苿?dòng)。
[0072]光程在圖1中以簡(jiǎn)化的方式進(jìn)行說明。發(fā)射的光束Fi在所述空氣角落處被分離。入射光束的第一部分直接透射第一部分4、空氣角落C和第二部分5，從而形成第一出射光束Fe。由于間隔區(qū)域C的出現(xiàn)，第二發(fā)射的光束部分Fi在空氣角落C和第二部分5之間的界面處被反射，所述光束再次在第一部分4和空氣角落C之間的界面處部分被反射，形成與第一出射光束Fe非常接近的第二出射光束Fe。所述第一和第二光束Fe相互干涉并且由于干涉產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的值被接收器7接收。第一和第二光束Fe之間光程上的差別作為第一近似值與兩個(gè)部分4、5之間的距離的兩倍，即間隔區(qū)域C厚度的兩倍相對(duì)應(yīng)。因此，當(dāng)破裂前鋒或者間隔區(qū)域C穿過第一入射光束Fi，它引起由檢測(cè)模塊8接收的干涉信息。該變化導(dǎo)致在相應(yīng)的光電探測(cè)器15接收的發(fā)光強(qiáng)度的變化，所述變化變?yōu)檎业囊约俺蔀楦缮嫘盘?hào)的特性。所述變化允許識(shí)別間隔區(qū)域C出現(xiàn)的時(shí)刻并且因此識(shí)別有關(guān)的光電探測(cè)器15處的破裂。發(fā)光強(qiáng)度的變化被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)記錄在示波器9上并且被傳送到處理器11。
[0073]在兩個(gè)部分4、5之間的破裂前鋒的發(fā)展下，空氣角落C相繼穿過第二入射光束Fi和第三以及第四入射光束Fi以使得發(fā)光強(qiáng)度的變化能相繼被第二、第三和第四對(duì)應(yīng)光電探測(cè)器15檢測(cè)到。為了更好地理解該現(xiàn)象，發(fā)光強(qiáng)度的這些變化被轉(zhuǎn)換為電流強(qiáng)度的變化，所述電流強(qiáng)度的變化能夠在示波器9的屏幕上觀測(cè)到。
[0074]圖2示出了展示了已經(jīng)由每個(gè)光電探測(cè)器15傳送的電信號(hào)的示波器屏幕，電信號(hào)作為時(shí)間的函數(shù)。屏幕最上方部分代表的電信號(hào)Fl與電流強(qiáng)度的變化相對(duì)應(yīng)，并且因此與由第一光電探測(cè)器15檢測(cè)的發(fā)光強(qiáng)度的變化相對(duì)應(yīng)。在-10和O微秒的時(shí)間T值之間，電流強(qiáng)度是恒定的因?yàn)樵谥踩氲拇嗳鯀^(qū)域上沒有間隔區(qū)域C(或者空氣角落)。當(dāng)T是O微秒時(shí)，電流強(qiáng)度垂直下降意味著空氣角落C已經(jīng)穿過第一光束。強(qiáng)度的變化允許通過第一光電探測(cè)器15在第一檢測(cè)位置上檢測(cè)空氣角落C的出現(xiàn)。
[0075]下面代表的電信號(hào)與第二出射光束Fe發(fā)光強(qiáng)度的變化相對(duì)應(yīng)。在10微秒時(shí)間之前，強(qiáng)度是恒定，然后在10微秒上的強(qiáng)度垂直下降。這表示空氣角落C已經(jīng)穿過第二入射光束Fi并且在第二檢測(cè)位置已經(jīng)被第二光電探測(cè)器15檢測(cè)到。同樣地，空氣角落C的出現(xiàn)在第三檢測(cè)位置到21微秒(電信號(hào)F3)被第三光電探測(cè)器15檢測(cè)，然后在第四檢測(cè)位置到33微秒(電信號(hào)F4)被第四光電探測(cè)器15檢測(cè)。因此檢測(cè)系統(tǒng)2允許原地檢測(cè)不同檢測(cè)位置上破裂前鋒出現(xiàn)的時(shí)刻。
[0076]從這些信息中，處理器11可以測(cè)量第一位置處空氣角落C出現(xiàn)的第一檢測(cè)時(shí)刻和第二檢測(cè)位置處空氣角落C出現(xiàn)的第二檢測(cè)時(shí)刻之間的時(shí)間差A(yù)t。知道了兩個(gè)檢測(cè)位置之間的距離，即基片6上信號(hào)穿透基片6的點(diǎn)的距離或者基片6上兩個(gè)相應(yīng)入射光束Fi或者出射光束Fe之間的距離，處理器11可以計(jì)算空氣角落C擴(kuò)展的速度以及整個(gè)基片6上或者基片6的不同點(diǎn)上破裂前鋒的速度。在上述例子中，破裂前鋒擴(kuò)展的速度在1.5km/s的范圍內(nèi)。
[0077]此外，處理器11也可以確定每個(gè)電信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)最大值A(chǔ)m之間經(jīng)過的時(shí)間。已知兩個(gè)最大值A(chǔ)m之間，兩個(gè)部分4、5之間獲得的間隔已經(jīng)通過入射光束Fi的一半波長(zhǎng)形成，處理器11可以計(jì)算所述部分4、5的間隔速度，并且這是對(duì)于每個(gè)檢測(cè)位置而言。
[0078]同樣地，能夠確定間隔輪廓的動(dòng)力學(xué)特性。實(shí)際上，如果將間隔區(qū)域C看作是兩面角，其頂點(diǎn)與第一部分4和第二部分5表面之間的接觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，振動(dòng)強(qiáng)度越大，兩面角打開的越多(基片上的角度越大)。因此，可以看出當(dāng)空氣角落出現(xiàn)時(shí)，兩面角逐漸打開，然后注意到與具有越來越低的振幅的振動(dòng)相對(duì)應(yīng)的“尖端”:間隔以后的兩個(gè)部分4、5，由于外部壓力變緊。從而振動(dòng)的振幅再次增大。
[0079]因此，測(cè)量系統(tǒng)2允許確定代表間隔區(qū)域C擴(kuò)展?fàn)顩r的幾個(gè)參數(shù)。該測(cè)量系統(tǒng)2確實(shí)允許檢測(cè)破裂在破裂的外殼3中原地開始的時(shí)刻，破裂前鋒發(fā)展的速度和基片6的所述部分4、5的間隔輪廓。根據(jù)這些信息，能夠確定在破裂期間施加到所述部分4、5上應(yīng)力的強(qiáng)度和變化，并且也能夠研究和確定破裂機(jī)制。
[0080]被觀測(cè)的基片6的所述部分4、5例如可以由半導(dǎo)體材料如硅、陶瓷或者玻璃制成。兩個(gè)部分4、5的材料根據(jù)所需目的可以是相同的或者不同的。特別地當(dāng)在智能切割?過程期間分離薄膜時(shí)為了獲得加強(qiáng)效果，第一或者第二部分4、5也可以是由結(jié)合到一起的兩種材料制成。作為加固物的材料在使用的波長(zhǎng)上可以是透明的以使得測(cè)量系統(tǒng)2可以在透射模式下運(yùn)行。
[0081]當(dāng)所述材料不是透明的時(shí)，該材料優(yōu)選地用于基片6的第二部分5，第二部分在第一部分4之后接收光束。測(cè)量系統(tǒng)因此適用于在反射模式下運(yùn)行。圖3示出了簡(jiǎn)化且放大的光路。
[0082]反射模式下測(cè)量系統(tǒng)2運(yùn)行的第二個(gè)例子中，光束的發(fā)射模塊10與檢測(cè)模塊8被放置在基片6的同一側(cè)。測(cè)量系統(tǒng)2觀測(cè)基片6的破裂，基片的第一部分4在使用的波長(zhǎng)上是透明的，而基片的第二部分5反射入射光束Fi。
[0083]在這種情況下，一部分入射光束Fi在空氣角落C和第一部分4之間的界面上被反射以便形成出射光束Fe。另一部分入射光束Fi在空氣角落C和第二部分5之間的界面上被反射，形成第二出射光束Fe。因此產(chǎn)生的第一和第二出射光束Fe發(fā)生干涉并生成干涉條紋，該干涉條紋由檢測(cè)模塊8檢測(cè)。第一光束和第二光束Fe之間光路上的差值作為第一近似值，與兩個(gè)部分4、5之間距離的兩倍，即間隔區(qū)域C厚度的兩倍相對(duì)應(yīng)。
[0084]圖3的測(cè)量系統(tǒng)2的其他元件可以類似上述描述的那些元件。以與第一個(gè)例子同樣的方式，由檢測(cè)模塊8測(cè)量的光信號(hào)在破裂出現(xiàn)之前是恒定的。間隔區(qū)域C 一旦出現(xiàn)，所述信號(hào)開始震蕩。在通過破裂前鋒之后，計(jì)算機(jī)11可以確定破裂出現(xiàn)的時(shí)刻。當(dāng)多個(gè)光束Fi被發(fā)射時(shí)(未示出)，也能夠測(cè)量破裂前鋒的速度和所述部分4、5的間隔輪廓以便以與所描述的第一個(gè)例子相同的方式確定破裂機(jī)制。
[0085]圖4示出了根據(jù)第三個(gè)例子在沒有放大不同光束路徑情況下的部分測(cè)量系統(tǒng)2。所述裝置在透射模式下運(yùn)行，以單一測(cè)量步驟測(cè)量幾個(gè)基片6的間隔區(qū)域C的擴(kuò)展。特別示出了四個(gè)入射光束Fi的相應(yīng)發(fā)射模塊10和相對(duì)的檢測(cè)模塊8。圖4中未示出的測(cè)量系統(tǒng)的其他部件可以與圖1示出的那些相同。
[0086]所述第三個(gè)例子展示了多個(gè)第一部分4和多個(gè)第二部分5之間的結(jié)合以便形成多個(gè)基片6。兩個(gè)第一部分4和兩個(gè)第二部分5在裝配有適用于引起兩部分之間結(jié)合的裝置的外殼3的操縱室內(nèi)分別成對(duì)地相接觸。兩個(gè)部分4、5是由硅制成的，以使得可以使用具有1310nm發(fā)射波長(zhǎng)的紅外激光管12，從而測(cè)量系統(tǒng)2可以在透射模式下運(yùn)行。
[0087]在運(yùn)行中，由發(fā)射模塊10發(fā)射的每個(gè)光束Fi因此穿過第一基片6的第一和第二透明部分4、5然后穿過第二基片6的第一和第二透明部分4、5。所有基片6的每個(gè)出射光束Fe然后由檢測(cè)單元8的光電探測(cè)器15接收，光電探測(cè)器將出射光束轉(zhuǎn)換為供計(jì)算機(jī)11處理的電信號(hào)。同樣地在破裂中，光信號(hào)的強(qiáng)度根據(jù)每個(gè)部分4、5之間的空氣角落存在與否和它的擴(kuò)展與否變化。然后采用適當(dāng)?shù)挠?jì)算能夠原地確定結(jié)合前鋒出現(xiàn)的時(shí)刻、在干涉測(cè)量的結(jié)合波的發(fā)展期間結(jié)合擴(kuò)展的速度和基片6各部分的間隔輪廓(或者近似值)。這里理解的是間隔輪廓是在兩個(gè)部分4、5之間的間隔區(qū)域上測(cè)量的，它隨著結(jié)合前鋒的發(fā)展減小。
[0088]所述測(cè)量系統(tǒng)2因此允許在多個(gè)基片6的兩個(gè)部分4、5結(jié)合期間以單一測(cè)量步驟測(cè)量間隔區(qū)域C擴(kuò)展?fàn)顩r的參數(shù)。因此能夠確定結(jié)合的動(dòng)力學(xué)特性。
[0089]為了以單一測(cè)量步驟確定多個(gè)基片6破裂的參數(shù)，也可以繼續(xù)進(jìn)行相同的操作。
[0090]此外，測(cè)量系統(tǒng)2的發(fā)射模塊10可以發(fā)射大量光束Fi以便能夠使測(cè)量適應(yīng)待觀測(cè)的基片6的尺寸。同樣地，分析模型可以根據(jù)基片6材料的性質(zhì)修改。
[0091]因此，本發(fā)明提出一種測(cè)量系統(tǒng)2、一種包括測(cè)量系統(tǒng)2、適用于擴(kuò)展間隔區(qū)域C的裝置1，以及一種允許原地測(cè)量非常高的擴(kuò)展速度下的破裂或者結(jié)合現(xiàn)象的測(cè)量方法。不管觀測(cè)現(xiàn)象的速度，光束的使用允許維持非常高的測(cè)量準(zhǔn)確性和敏感性。此外，光源12的性質(zhì)可以根據(jù)待觀測(cè)的材料的性質(zhì)調(diào)節(jié)并且能夠以單一數(shù)據(jù)采集步驟獲得多個(gè)基片6的測(cè)量。
[0092]當(dāng)然本發(fā)明沒有限制于上述舉例描述的實(shí)施例而是包括所述手段的所有技術(shù)等價(jià)方案和替代方案以及它們的結(jié)合。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量至少一個(gè)基片(6)的第一部分(4)和第二部分(5)之間的間隔區(qū)域擴(kuò)展的測(cè)量系統(tǒng)(2)，所述測(cè)量系統(tǒng)(2)包括: -發(fā)射模塊(10)，其用于發(fā)射照亮基片(6)區(qū)域的至少兩個(gè)空間分開的入射光束Fi，所述發(fā)射模塊(10)被設(shè)置以使得至少兩個(gè)入射光束Fi能夠穿過第一部分(4)、間隔區(qū)域C并且遇到第二部分(5)，這樣每個(gè)入射光束產(chǎn)生至少一個(gè)源自第一部分(4)和間隔區(qū)域C之間界面的第一出射光束Fe，和至少源自間隔區(qū)域C和第二部分(5)之間界面的第二出射光束Fe, -用于檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度的檢測(cè)模塊(8)，該檢測(cè)模塊被設(shè)置以便在第一出射光束和第二出射光束Fe之間的干涉給定點(diǎn)處檢測(cè)產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的值， -計(jì)算機(jī)(11)，其被設(shè)置為根據(jù)由檢測(cè)模塊(8)檢測(cè)的發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間變化來確定代表間隔區(qū)域C擴(kuò)展情況的至少一個(gè)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，檢測(cè)模塊(8)和計(jì)算機(jī)(11)配置為確定第一部分和第二部分(4，5)之間間隔區(qū)域C的擴(kuò)展速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，至少兩個(gè)入射光束被設(shè)置為共面，以允許測(cè)量光束平面方向上間隔區(qū)域C的擴(kuò)展。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，發(fā)射模塊(10)包括光源(12)和至少一個(gè)耦合器(13)，所述光源(12)和至少一個(gè)耦合器(13)被設(shè)置以使得所述的至少一個(gè)耦合器(13)能夠?qū)⒐庠?12)發(fā)出的光分離為至少兩個(gè)光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，所述發(fā)射模塊(10)包括至少兩個(gè)單模光纖和至少兩個(gè)準(zhǔn)直儀(14)，所述光纖適于將至少一個(gè)耦合器(13)產(chǎn)生的光束分別引導(dǎo)到準(zhǔn)直儀(14)，所述準(zhǔn)直儀(14)適于產(chǎn)生至少兩個(gè)入射光束Fi。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，光源(12)是單色的，并且尤其包括激光器，例如紅外激光管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，所述發(fā)射模塊(10)被設(shè)置來產(chǎn)生至少兩個(gè)入射光束Fi，所述入射光束Fi是單色的、相關(guān)的且強(qiáng)烈的以使得檢測(cè)到的光強(qiáng)大于檢測(cè)測(cè)量的噪音(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，至少一個(gè)入射光束Fi被選擇以使得其發(fā)光強(qiáng)度的至少10%能夠透射第一部分(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，發(fā)射模塊(10)和檢測(cè)模塊(8)被設(shè)置在所述至少一個(gè)基片出)的相同側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，所述至少一個(gè)入射光束Fi也被選擇以使得其發(fā)光強(qiáng)度的至少10%能夠通過所述至少一個(gè)入射光束Fi遇到的第二部分(5)透射，并且所述發(fā)射模塊(10)和檢測(cè)模塊(8)被設(shè)置在所述至少一個(gè)基片￠)的兩側(cè)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，所述檢測(cè)模塊(8)包括至少一個(gè)發(fā)光強(qiáng)度接收器(7)和至少一個(gè)光電探測(cè)器(15)，以便在第一出射光束和第二出射光束Fe之間的干涉給定點(diǎn)處將產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的接收值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測(cè)量系統(tǒng)(2)，其特征在于，它包括電信號(hào)采集與記錄裝置，例如取樣器(9)，特別是數(shù)字示波器或者模電數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡。
13.一種適用于擴(kuò)展至少一個(gè)基片￠)的第一部分(4)和第二部分(5)之間的間隔區(qū)域的裝置(I)，其特征在于，它包括測(cè)量臺(tái)(3)和根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量間隔區(qū)域C擴(kuò)展的測(cè)量系統(tǒng)(2)，所述測(cè)量臺(tái)(3)例如為爐子、牽引機(jī)或者試驗(yàn)機(jī)，所述測(cè)量臺(tái)(3)裝配有適用于感應(yīng)第一部分(4)和第二部分(5)之間破裂或者結(jié)合的裝置。
14.一種測(cè)量方法，其特征在于它進(jìn)一步包括下面的步驟: -發(fā)射至少兩個(gè)空間分開的入射光束Fi，使得每個(gè)入射光束產(chǎn)生源自第一部分(4)和間隔區(qū)域C之間界面的至少一個(gè)第一出射光束Fe，以及產(chǎn)生源自間隔區(qū)域C和第二部分(5)之間的界面的至少一個(gè)第二出射光束Fe， -在第一檢測(cè)位置在第一出射光束和第二出射光束Fe之間的干涉給定點(diǎn)處檢測(cè)產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的值， -在第二檢測(cè)位置在第一出射光束和第二出射光束之間的干涉給定點(diǎn)處檢測(cè)產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的值， -測(cè)量在第一檢測(cè)位置上間隔區(qū)域C出現(xiàn)的第一檢測(cè)時(shí)刻和在第二檢測(cè)位置上間隔區(qū)域C出現(xiàn)的第二檢測(cè)時(shí)刻之間的時(shí)間差，并且 -根據(jù)第一檢測(cè)位置與第二檢測(cè)位置之間的距離和第一檢測(cè)時(shí)刻與第二檢測(cè)時(shí)刻之間的時(shí)間差A(yù)t，確定所述至少一個(gè)基片(6)的第一部分和第二部分(4、5)之間的間隔區(qū)域C擴(kuò)展的速度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，它進(jìn)一步包括步驟:確定檢測(cè)模塊(8)檢測(cè)的發(fā)光強(qiáng)度的至少兩個(gè)連續(xù)最大值A(chǔ)m之間的經(jīng)過的時(shí)間，以便確定第一和第二部分(4,5)之間的間隔區(qū)域C擴(kuò)展的速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任一項(xiàng)所述的測(cè)量方法，其特征在于，它包括下面的步驟: -使多個(gè)基片(6)透射發(fā)射光束Fi至少10%的發(fā)光強(qiáng)度，和 -發(fā)射至少一個(gè)入射光束Fi以使得它穿過每個(gè)第一部分(4)、每個(gè)第二部分(5)和每個(gè)間隔區(qū)域C。
【文檔編號(hào)】G01B11/14GK104321633SQ201380015194
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月21日
【發(fā)明者】弗雷德里克·阿巴斯, 弗朗索瓦·里厄托爾, 讓-丹尼爾·佩諾特, 菲利普·蒙特馬耶 申請(qǐng)人:委員會(huì)原子能和替代能源