Спосіб візуалізації орієнтаційної неоднорідності та морфології поверхні монокристала або окремих зерен полікристала

Реферат: Спосіб візуалізації орієнтаційної неоднорідності та морфології поверхні монокристала або окремих зерен полікристала полягає в тому, що на початку від поверхні досліджуваного зразка окремого зерна полікристала або монокристала, попередньо хімічно протравленого, для виявлення квазіперіодичної структури, що приводить до дифракції на ній білого світла, одержують колірні орієнтаційні карти в колірному просторі RGB, після чого реєструють зображення поверхні зразка послідовно у відтінках червоного, зеленого і синього кольорів, складових RGB. Візуально нерозпізнавальні відтінки червоного, зеленого або синього кольорів заміняють на заздалегідь підібрані візуально розпізнавальні відтінки з колірного простору RGB і одержують нове зображення поверхні зразка, де візуалізовані області, що відрізняються за кристалографічною орієнтацією за відтінками кольору. Технічним результатом є візуалізація орієнтаційної неоднорідності і морфології поверхні монокристала або окремих зерен полікристалічного зразка й визначення їх характеристик. UA 104249 C2 (12) UA 104249 C2 UA 104249 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до фізики твердого тіла, фізичного матеріалознавства, техніки фізичного експерименту й може бути використаний при технологічному контролі в процесі деформації кристалічних тіл, дефектоскопії поверхні. Відомим є спосіб [1] визначення кристалографічної орієнтації окремої області полікристалічного зразка за допомогою дифракції рентгенівських променів (метод Лауе). Для одержання лауеграми (дифракційної картини) фіксують віддзеркалення рентгенівських променів від різних кристалографічних площин, при цьому область дослідження є порівняною з фокусом рентгенівської трубки й, як правило, не перевищує 100 мкм, а час одержання однієї лауеграми складає десятки хвилин. Після обробки плівки, що фіксує дифракційну картину і індукування лауеграми, одержують інформацію про кристалографічну орієнтацію дослідженої області зразка. Наведені вище характеристики способу визначення кристалографічної орієнтації за методом Лауе показують, що для одержання за його допомогою даних про кристалографічну орієнтацію різних областей всього зразка, наприклад зразка з розміром робочої поверхні 100x20 мм, необхідні десятки годин, і у зв'язку з цим є неможливими дослідження в такий спосіб орієнтаційної неоднорідності всього зразка, та їх змін, що безперервно відбуваються в процесі зовнішнього впливу. У іншому відомому способі [2] є спосіб послідовного визначення орієнтації окремих зерен полікристала або їх частин, що включає реєстрацію й обробку колірних орієнтаційних карт поверхні зразка досліджуваного кристалічного матеріалу. Недоліки вказаного способу полягають у тому, що колірні орієнтаційні карти поверхні зразка досліджуваного кристалічного матеріалу одержують штучним шляхом і кристалографічну орієнтацію зерен визначають за певний інтервал часу й лише для обмеженої області зразка за допомогою різних дифракційних методів. Після обробки й розрахунку дифрактограм, число яких має бути достатньо великим, зображення поверхні зразка штучно забарвлюють за допомогою спеціально розробленої комп'ютерної програми, де різний колір областей полікристала відповідає їх різній кристалографічній орієнтації. Таким чином штучно отримують колірну орієнтаційну карту полікристала. Найбільш близьким аналогом запропонованого винаходу за результатом, який досягається, є спосіб [3], який включає виявлення, шляхом хімічного травлення, квазіперіодичної структури поверхні досліджуваного зразка, характеристики якої визначені її кристалографічною орієнтацією, освітлювання досліджуваної поверхні зразка білим світлом та реєстрацію за допомогою цифрової фотокамери та комп'ютера колірних орієнтаційних карт у колірному просторі RGB, що забезпечує 16,7 млн. відтінків кольору. Основним недоліком описаного способу є неможливість на колірній орієнтаційній карті, отриманої від поверхні окремого зерна полікристала або монокристала в колірному просторі RGB, ідентифікувати області орієнтаційної неоднорідності через візуальну нерозпізнавальність відтінків кольору їхнього зображення й внаслідок цього неможливості визначення характеристик цієї неоднорідності. Технічною задачею винаходу є створення способу, що дозволяє візуалізувати орієнтаційну неоднорідність і морфологію поверхні окремих зерен полікристалічного зразка або монокристала й визначати їх характеристики. Поставлена задача вирішується тим, що в способі [3], який включає виявлення, шляхом хімічного травлення, квазіперіодичної структури поверхні досліджуваного зразка, характеристики якої визначені його кристалографічною орієнтацією, освітлювання досліджуваної поверхні зразка білим світлом та реєстрацію за допомогою цифрової фотокамери та комп'ютера колірних орієнтаційних карт у колірному просторі RGB, що забезпечує 16,7 млн. відтінків кольору, згідно з винаходом, реєстрацію колірних орієнтаційних карт спочатку проводять окремо у відтінках червоного R, зеленого G і синього В кольорів, з яких складається колірний простір RGB, причому в кожному кольорі використовують 256 відтінків, а потім кожний відтінок колірної орієнтаційної карти поверхні зразка, одержаній в колірному просторі R, G або В замінюють на колір з колірного простору RGB так, щоб усі області заново одержаної колірної орієнтаційної карти візуально розрізнялись, а за розміром виявлених областей та їх розміщенням на поверхні визначають характеристики орієнтаційної неоднорідності та морфології поверхні. Спосіб виконують наступним чином. Спочатку від поверхні досліджуваного зразка - окремого зерна полікристала або монокристала, попередньо хімічно протравленого, з метою виявлення квазіперіодичної структури, що приводить до дифракції на ній білого світла, одержують колірні орієнтаційні карти в колірному просторі RGB, що містить 16,7 млн. відтінків кольору, після чого реєструють 1 UA 104249 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зображення поверхні зразка послідовно у відтінках червоного R, зеленого G і синього В кольору, складових RGB, кожний з яких містить 256 відтінків кольору (n = 0, 1, 2, 3,…255). Після одержання цих зображень за допомогою відомих програм визначається наявність у них областей з відтінками кольору візуально нерозпізнавальні на зображенні. Ці, візуально нерозпізнавальні відтінки червоного, зеленого або синього кольору заміняють на заздалегідь підібрані візуально розпізнавальні відтінки з колірного простору RGB і одержують нове зображення поверхні зразка, де візуалізовані області, які відрізняються за відтінками кольору. За розміром площин цих областей визначаються всі необхідні характеристики орієнтаційної неоднорідності: розподіл областей за розміром, середній, максимальний і мінімальний їх розмір, а за їх розміщенням на поверхні - морфологія поверхні. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється кресленнями (фіг. 1-4). На фіг. 1 приведена колірна орієнтаційна карта поверхні полікристалічного зразка алюмінію, отримана відомим способом [3] у колірному просторі RGB. Колірні зображення окремих зерен візуально однотонні, що, на перший погляд, свідчить про відсутність орієнтаційної неоднорідності. На фіг. 2, як приклад, приведена колірна орієнтаційна карта зображення поверхні одного із зерен цього полікристала, яка отримана у відтінках червоного R кольору. Так само, як і в першому випадку для зображення, отриманого в просторі RGB, це зображення візуально однотонне. Візуально однотонними виявляються й зображення поверхні зерен, отримані у відтінках зеленого і синього кольорів. Колірна орієнтаційна карта, яка отримана в колірному просторі R, G або В, дозволяє визначити розміри областей з одним і тим же з 256 відтінків кольору по кількості пікселів цього кольору на зображенні й побудувати залежність площі цих областей від номера кольору. Як приклад, така залежність для колірної орієнтаційної карти, отриманої в колірному просторі R для зерна, приведеного на фіг. 2, представлена на фіг. 3 у координатах S=f(n), де n - номер відтінка червоного кольору, a S - площа поверхні зерна в пікселях, всі точки якої мають той же самий відтінок червоного кольору (n) з 256 можливих. Аналогічна залежність може бути отримана для колірних орієнтаційних карт, отриманих у 2" відтінках зеленого і синього кольорів. Перехід від "пікселів" до "мм може бути виконаний, якщо відомо розрізнення цифрової фотокамери. Так, при використанні WEB-Камери РС-САМ 300 при 2 відстані "зразок-камера" 70 мм розрізнення становить 100 пікселів на мм . Таким чином площа одного пікселя складає 0,01 мм. Незважаючи на те, що на фіг. 3 приведені дані про розміри областей поверхні зерна, всі точки яких мають той же самий відтінок кольору n, ці результати, по-перше, не можуть бути використані для визначення характеристик орієнтаційної неоднорідності поверхні зразка і її морфології, оскільки розміри областей колірного зображення поверхні зразка з однаковим відтінком кольору n можуть являти собою сумарну площу областей, розташованих у різних частинах поверхні зразка, по-друге, вони не дозволяють візуалізовати орієнтаційну неоднорідність і морфологію досліджуваної поверхні. Для візуалізації орієнтаційної неоднорідності поверхні зразка і її морфології необхідно на зображенні поверхні зразка, отриманому в колірному просторі R, G або В, замінити візуально нерозпізнавальні відтінки кольору на візуально розпізнавальні, які заздалегідь вибрані з колірного простору RGB. Спосіб такої заміни приведений у таблиці. В перших трьох стовпчиках таблиці приведена інформація про орієнтаційну неоднорідність поверхні зерна, яка одержана за результатами дослідження колірної орієнтаційної карти в колірному просторі R. В першому стовпчику приведені розміри областей поверхні зерна, всі точки якої мають один і той же відтінок кольору в визначеному інтервалі їх значень, що приведені в другому стовпчику. В третьому стовпчику представлені візуально нерозпізнавальні відтінки кольору зображення цих областей. У четвертому й п'ятому стовпчиках приведені спеціально підібрані візуально розпізнавальні відтінки кольору з колірного простору RGB і відповідні цим відтінкам значення R, G i B. У результаті заміни нерозпізнавальних відтінків кольору, приведених у другому стовпчику, відповідно на візуально розпізнавальні відтінки кольору, які приведені в четвертому стовпчику, відбувається візуалізація орієнтаційної неоднорідності і морфології поверхні зерна (фіг. 4), що дозволяє визначити всі необхідні характеристики. Джерела інформації: 1. А. Гинье. Рентгенография кристаллов. Теория и практика [Пер. с франц. Е. Н. Беловой, С. С. Квитки, В. П. Тарасовой под ред. Н. В. Белова]. - М.: ГИФМЛИ, 1961. - С. 239. 2. Fundenbergera J. J. et al. Poly crystal orientation maps from ТЕМ // Ultramicroscopy. - 2003. №96. - P. 127-137. 2 UA 104249 C2 3. Патент 93021 Україна, МПК G01N 21/00, G01N 21/17, G01N 33/20. Спосіб визначення кристалографічної орієнтації зерен на поверхні полікристалічного зразка / Бадіян Є. Ю., Тонкопряд А. Г., Шеховцов О. В., Шурінов Р. В., Зєтова Т. Р.; Заяв, і патентовласник ХНУ імені В.Н. Каразіна. - № а201002923; заявл. 15.03.10; опубл. 27.12.10, Бюл. №24. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Спосіб візуалізації орієнтаційної неоднорідності та морфології поверхні монокристала або окремих зерен полікристала, який включає виявлення, шляхом хімічного травлення, квазіперіодичної структури поверхні досліджуваного зразка, характеристики якої визначені його кристалографічною орієнтацією, освітлювання досліджуваної поверхні зразка білим світлом та реєстрацію за допомогою цифрової фотокамери та комп'ютера колірних орієнтаційних карт в колірному просторі RGB, для забезпечення 16,7 млн. відтінків кольору, який відрізняється тим, що реєстрацію колірних орієнтаційних карт спочатку проводять окремо у відтінках червоного R, зеленого G і синього В кольорів, з яких складається колірний простір RGB, причому в кожному кольорі використовують 256 відтінків, а потім кожний відтінок, на одержаній орієнтаційній карті у відтінках одного кольору, замінюють на колір з колірного простору RGB так, щоб усі області наново одержаної колірної орієнтаційної карти візуально розпізнавалися, за розміром виявлених областей визначають характеристики орієнтаційної неоднорідності, а за розміщенням їх на поверхні - морфологію поверхні. 3 UA 104249 C2 4 UA 104249 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5