一种硬质碳化硅材料打孔检测装置与方法与流程

1.本发明涉及硬质材料打孔检测技术领域，特别涉及一种硬质碳化硅材料打孔检测装置与方法。


背景技术：

2.碳化硅材料具有禁带宽度大、击穿场强高、介电常数小等优点，在电子及半导体行业领域具有广泛的应用，当它作为刻蚀的分气盘时，需要在碳化硅盘上按特定的分布规律打成百上千个小孔，如孔的精度达不到要求或孔位产生偏差，则会导致通过碳化硅盘的气体不均匀或者需要有气体的地方没有气体通过而不需要有气体存在的地方又有气体通过，这会严重影响刻蚀后产品的性能，更有甚者因为气体不均匀直接导致刻蚀后的产品达不到设计要求而成为废品，因此对打孔后的碳化硅材料的孔位、孔径及孔内部缺陷的检测也就变得尤为重要。
3.传统的光学和触觉检测方式因其检测效率通常只针对少数量的孔进行抽检，且有的设备能检测孔径、孔位但是进行不了深小孔的内部缺陷检测，或者需要将产品剖开破坏才能检测孔内壁的缺陷。


技术实现要素：

4.本发明提供一种硬质碳化硅材料打孔检测装置与方法，用以解决多孔硬质碳化硅材料需要同时检测上千个小孔的打孔位置、打孔大小、及孔内壁缺陷的情况。具体方案为：一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法，所述检测的方法包括以下步骤：s1，以被测产品的几何中心为参考中心，以检测孔到所述参考中心的距离依据，将检测孔划分为多个检测区域；s2，发射器向多个检测区域分别发射射线；s3，经检测区域的孔反射的射线入射到探测器中，探测器将采集的信息输送给处理器；s4，处理器将探测器反馈的信息分类，将采集的孔的图像信息反馈给图像处理系统，将空间信息反馈给定位系统；s5，图像处理系统对孔的投影图进行存储、累积，当完成一个区域内所有孔的投影图后，重建已完成投影图区域的孔的三维结构模型，并将生成的三维结构模型反馈给分析系统；s6，定位系统根据所述探测器探测反馈孔位信息的反射回波信号，获得检测孔的空间位置，并将该空间位置输送给分析系统；s7，分析系统对生成的三维体结构模型和孔的空间位置信息分别与设计孔的三维结构模型和空间位置进行比对，对符合设计的三维结构判断为合格，并输出，对不符合的判断为不合格，并标识出不符合设计孔的位置信息、并输出。
5.进一步的，单位所述检测区域均对应设置有射线源。
6.进一步的，所述检测区域等距分布，相邻所述检测区域之间的距离根据实际测量需求进行调整。
7.进一步的，所述图像的输出参数包括孔径、孔边缘以及孔内壁参数。
8.进一步的，所述检测孔的空间方位包括单个检测孔到参考中心的直线位置以及相邻检测孔之间的相对位置；所述单个检测孔的空间信息以三位坐标模式显示。
9.进一步的，所述检测装置用于一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法中，所述检测装置包括发射器、控制系统、处理器和探测器，所述控制系统电性连接射线源和处理器；所述探测器电性连接处理系统，所述待测产品和发射器之间设置有准直器，所述准直器、探测器、发射器的发射光束光轴中心位于同一直线上。
10.进一步的，所述处理器设置有图像处理模块、定位模块和分析模块。
11.进一步的，所述发射器包括若干射线源，所述射线源呈一字等间距分布在发射器内；所述射线源的数量与检测区域的分区数量相同，相邻所述射线源的距离与相邻检测区域的距离相同；所述射线源按照预设规则发射射线；单位所述射线源根据实际检测需求进行移动。
12.进一步的，单位所述射线源按照预设顺序转动，在同一检测区域内径向移动。
13.本发明的有益效果在于，控制系统调节射线源与待测样品之间的位置及距离；处理器可以从任一方向查看2d切片图，并让它们围绕一条自定义轴旋转，可以在不破坏检测工件的情况下查看不同剖面处的内部结构；探测器接收到的不同透射能量按照一定的算法可以获得被检工件的一系列二维断层图像；图像处理系统把从二维投影数据重建生成三维体素模型；分析系统实现将被检测产品与它对应的cad数据集作比较，用颜色编码显示偏差结果以及局部注解，令制造件与目标模型之间的偏差一目了然。
14.本发明的进一步有益效果为：可以获取完全自定义的检测报告，包括直方图、数据表和直观的图像，同时在成功完成第一次的样品检测之后，可以将检测过程中的测量项目、分析过程和完全自包含的检测计划保存为一个模板，然后将模板输入处理器内，后续在进行同一零件的批量检测时可以直接调用出来进行测量及分析，不用再次重设，节约重复操作的时间。
15.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法流程示意图；
图2为本发明实施例中一种硬质碳化硅材料打孔检测装置的结构示意图；图3为本发明实施例中发射器2的结构示意图；图4为本发明实施例中检测区域划分结构示意图；图5为本发明实施例中检测产品的结构示意图，其中，1-控制系统，2-发射器，3-待测产品，4-探测器，5-处理器，6-射线源，7-几何中心，8-检测孔。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
18.一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法，所述检测的方法包括以下步骤：s1，以被测产品的几何中心为参考中心，以检测孔8到所述参考中心的距离依据，将检测孔划分为多个检测区域；s2，发射器2向多个检测区域分别发射射线；s3，经检测区域的孔反射的射线入射到探测器4中，探测器4将采集的信息输送给处理器5；s4，处理器5将探测器4反馈的信息分类，将采集的孔的图像信息反馈给图像处理系统，将空间信息反馈给定位系统；s5，图像处理系统对孔的投影图进行存储、累积，当完成一个区域内所有孔的投影图后，重建已完成投影图区域的孔的三维结构模型，并将生成的三维结构模型反馈给分析系统；s6，定位系统根据所述探测器4探测反馈孔位信息的反射回波信号，获得检测孔8的空间位置，并将该空间位置输送给分析系统；s7，分析系统对生成的三维体结构模型和孔的空间位置信息分别与设计孔的三维结构模型和空间位置进行比对，对符合设计的三维结构判断为合格，并输出，对不符合的判断为不合格，并标识出不符合设计孔的位置信息、并输出。
19.需要说明的是，本发明所涉及的分析系统具有射束硬化、环状伪影、偏移和角度漂移修正技术，对伪影进行校正，改进图像质量，本发明的一个实施例中，单位所述检测区域均对应设置有射线源6。
20.本发明的一个实施例中，所述检测区域等距分布，相邻所述检测区域之间的距离根据实际测量需求进行调整。
21.本发明的一个实施例中，所述图像的输出参数包括孔径、孔边缘以及孔内壁参数。
22.本发明的一个实施例中，所述检测孔8的空间方位包括单个检测孔8到参考中心的直线位置以及相邻检测孔之间的相对位置；所述单个检测孔8的空间信息以三位坐标模式显示。
23.本发明的一个实施例中，所述检测装置用于一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法中，所述检测装置包括发射器2、控制系统、处理器5和探测器4，所述控制系统电性连接射线源6和处理器5；所述探测器4电性连接处理系统，所述发射器2和待测产品3之间设置有准直器，
所述准直器、探测器4、发射器2的发射光束光轴中心位于同一直线上。
24.需要说明的是，所述射线源6用于提供所述检测的初始光源；所述探测器4用于采集经检测目标衰减的光波信号；所述控制系统用于控制射线源6按照预设程序向检测区域发射检测光束；准直器位于待测产品3和发射器2之间，且准直器的光学中心位于发射器2的发射光光路上。
25.本发明的一个实施例中，所述处理器5设置有图像处理模块、定位模块和分析模块。
26.本发明的一个实施例中，所述发射器2包括若干射线源6，所述发射源6呈一字等间距分布在发射器2内；所述射线源6的数量与检测区域的分区数量相同，相邻所述射线源6的距离与相邻检测区域的距离相同；所述射线源6按照预设规则发射射线；单位所述射线源6根据实际检测需求进行移动。
27.需要说明的是，在本实施例中射线源6按照预设规则发射射线，其中预设规则为，射线源6在初始位置径向排成一字，将此位置标记为0点，与该0点对应每一检测圈的孔标记为0号孔，进行检测时均从该0号孔开始，检测的预设顺序为：同一检测区内位于同一检测圈的孔按照原设计检测孔的位置，从0号孔开始顺时针或者逆时针旋转进行顺次检测；同一检测区位于不同检测圈的孔，按照检测圈到参考中心的直线距离线性增大或者减小进行检测。
28.本发明的一个实施例中，单位所述射线源6按照预设顺序转动，在同一检测区域内径向移动。
29.需要说明的是，每个射线源6均对应一个检测区，单位射线源6按照控制系统内预设的孔的位置顺序，逆时针或顺时针旋转顺次完成位于同一检测圈内的孔的检测；当进行同一检测区到参考中心不同的检测区的检测时，通过控制系统使该检测区相对应的射线源6进行径向的移动来实现；单位射线源6的径向移动与旋转均通过控制系统来实现，其旋转及移动的机械连接关系均为常规的转动和水平移动连接方式；同一检测圈的孔是指检测孔到参考中心的直线距离相同的孔。本发明中所涉及的处理器5、处理系统、控制系统、探测器4以及射线源6均为常规产品，且处理器5、处理系统、控制系统、探测器4以及射线源6均按照常规的电性连接方式连接有电源。
30.需要说明的是，本发明所述的射线源6发射的为x射线，本发明的工作过程为：首先对待测产品3进行检测区域划分，然后通过控制系统的预先设定顺序向待测产品3发射x射线，当x射线的高能量光子穿过待测产品时，其中的一部分被吸收，另一部分散射，其中样品对射线吸收或散射的衰减量由透照样品厚度及材质决定；除被吸收及散射、剩下的经衰减后入射到探测器4，探测器4将采集到检测孔的信息反馈、输送给处理器，图像处理系统进行图像重建，同时定位系统将检测孔的空间位置反馈给分析模块，分析模块根据通过将生成的三位模型和位置坐标与原设计的检测孔的三位模型和位置坐标进行比对，合格的判定为合格并输出报告，不合格的判定为不合格，并对不合格孔进行标识，同时输出报告。其中输出报告包括直方图、数据表和直观的图像。直观的看到
被测产品的内外结构尺寸、孔径、孔位及孔内壁缺陷的数据及分析结果的自定义报告。
31.本发明完成一个样品的检测后，可创建并运行可重复使用的测量模板、分析模板和完全自包含的检测计划。在进行同一零件的批量检测时，直接调用相关模板进行测量及分析即可，为同一零件、或单个项目里的多个零件、或整个批次的项目的重复操作节约时间。
32.在模型重建过程最主要的影响因素来自于射线硬化及射线散射。这些伪影如果不经过适当的校正，会导致测量数据的可靠性降低。本实施例中提供的检测装置与方法，配备了复杂的射束硬化、环状伪影、偏移和角度漂移修正技术，对伪影进行校正，改进图像质量。
33.探测器初次反馈的信息随后按照被扫描材料的密度、厚度和衰减值的比例给（二维）像素增加能量，并形成一系列二维灰度投影图像，二维投影数据重建生成三维体素模型；之后选择适当的阈值来分割材料与空气或不同材料之间的边界，使用基于实际表面的边缘检测算法，通过搜索图像法向方向像素变化，对三维体进行边缘检测；三维体数据经过阈值分割、边缘检测后，通过分析系统进行检测孔模型的比对以及位置坐标的分析，从而为被扫描的对象构造出完全三维的可视化。
34.需要说明的是，本发明所涉及的待测产品为硬质碳化硅材料的成型产品外形尺寸大，直径有300多毫米，且是深小孔（孔直径0.6mm，孔深度13mm），孔间距密（300多毫米直径范围内有上千个小孔），需要检测的孔的数量也多，因此使用传统的检测装置与方法难以满足我们的检测需求，本发明提供的检测方法以及装置高效精准的完成检测该产品的检测。
35.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法，其特征在于，所述检测的方法包括以下步骤：s1，以待测产品（3）的几何中心（7）为参考中心，以检测孔（8）到所述参考中心的距离依据，将检测孔划分为多个检测区域；s2，发射器（2）向多个检测区域分别发射射线；s3，经检测区域的孔反射的射线入射到探测器（4）中，探测器（4）将采集的信息输送给处理器（5）；s4，处理器（5）将探测器（4）反馈的信息分类，将采集的孔的图像信息反馈给图像处理模块，将空间信息反馈给定位模块；s5，图像处理系统对孔的投影图进行存储、累积，当完成一个区域内所有孔的投影图后，重建已完成投影图区域的孔的三维结构模型，并将生成的三维结构模型反馈给分析模块；s6，定位模块根据所述探测器（4）探测反馈孔位信息的反射回波信号，获得检测孔（8）的空间位置，并将该空间位置输送给分析系统；s7，分析系统对生成的三维体结构模型和孔的空间位置信息分别与设计孔的三维结构模型和空间位置进行比对，对符合设计的三维结构判断为合格，并输出，对不符合的判断为不合格，并标识出不符合设计孔的位置信息、并输出。2.根据权利要求1所述的一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法，其特征在于，单位所述检测区域均对应设置有射线源（6）。3.根据权利要求2所述的一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法，其特征在于，所述检测区域等距分布，相邻所述检测区域之间的距离根据实际测量需求进行调整。4.根据权利要求1所述的一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法，其特征在于，所述图像的输出参数包括孔径、孔边缘以及孔内壁参数。5.根据权利要求1所述的一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法，其特征在于，所述检测孔（8）的空间方位包括单个检测孔（8）到参考中心（7）的直线位置以及相邻检测孔（8）之间的相对位置；所述单个检测孔（8）的空间信息以三位坐标模式显示。6.一种硬质碳化硅检测装置，其特征在于，所述检测装置用于权利要求1-5任一所述的一种硬质碳化硅材料打孔检测的方法中，所述检测装置包括发射器（2）、控制系统（1）、处理器（5）和探测器（4），所述控制系统（1）电性连接发射器（2）和处理器（5）；所述探测器（4）电性连接处理器（5），所述待测产品（3）和发射器（2）之间设置有准直器，所述准直器、探测器（4）、发射器（2）的发射光束光轴中心位于同一直线上。7.根据权利要求6所述的一种硬质碳化硅检测装置，其特征在于，所述处理器（5）内设置有图像处理模块、定位模块和分析模块。8.根据权利要求6所述的一种硬质碳化硅检测装置，其特征在于，所述发射器（2）包括若干射线源（6），所述射线源（6）呈一字等间距分布在发射器（2）内；所述射线源（6）的数量与检测区域的分区数量相同，相邻所述射线源（6）的距离与相邻检测区域的距离相同；
所述射线源（6）按照预设规则发射射线；单位所述射线源（6）根据实际检测需求进行移动。9.根据权利要求8所述的一种硬质碳化硅检测装置，其特征在于，单位所述射线源（6）按照预设顺序转动，在同一检测区域内径向移动。

技术总结
本发明提供了一种硬质碳化硅材料打孔检测装置与方法。本发明以被测产品的几何中心为参考中心，以检测孔到所述参考中心的距离依据，将检测孔划分为多个检测区域；通过发射器向多个检测区域分别发射射线；经检测区域的孔反射的射线入射到探测器中，探测器将采集的信息输送给处理器；处理器将探测器反馈的信息分类，图像处理系统对孔的投影图进行存储、累积，重建该区域孔的三维结构模型，定位系统根据所述探测器探测反馈孔位信息将空间位置输送给分析系统；分析系统对检测孔与设计孔进行比对，对符合设计的三维结构判断为合格，并输出，对不符合的判断为不合格，并标识出不符合设计孔的位置信息、并输出。并输出。并输出。


技术研发人员：蒋旭霞 朱佰喜 薛抗美 邹明舊
受保护的技术使用者：东莞市志橙半导体材料有限公司
技术研发日：2022.02.07
技术公布日：2022/3/8