Устройство для контроля толщины покрытия

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛПЩНЫ ПОКРЫТИЯ, содержащее колебательную систему, контрольный образец, усилитель напряжения и измерительный ,блок, отличающееся тем что, с целью повьшения надежности устройства в работе, оно снабжено генератором одиночных импульсов и электромагнитом, а колебательная система выполнена в виде стержня, подвешенного на упругих элементах в виде пружин-конСОЛей и жестко соединенного одним торцом с контрольным образцом, другим - с пластиной-якорем электромагнита, причем обмотка электромагмита подключена к выходу генератора одиночных импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

gyp С 23 С 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3570472/24-21 (22) 30.03.83 (46) 07.12.84. Бюл. Ф 45 (72) Э.И.Семенов, В.П.Сидоркин и В.Ф.Латышев (71) Рыбинский авиационный технологический институт (53) 621.793.14(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 416420, кл. С 23 С 13/10, t972.

2. Электронная техника. Сер. 8

"Управление качеством и стандартиза-:. ция", 1974, вып. 2(20), с, 22. (54)(57) устРойство для контРоля толЩИНЫ ПОКРЫТИЯ, содержащее колеба..Я0.„1 3 27913 тельную систему, контрольный образец, усилитель напряжения и измерительный .блок, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства в работе, оно снабжено генератором одиночных импульсов и электромагнитом, а колебательная система выполнена в виде стержня, подвешенного на упругих элементах в виде пружин-консолей и жестко соединенного одним торцом с контрольным образцом, другим — с пластиной-якорем электромагнита, причем обмотка электромагнита подключена к выходу генератора одиночных импульсов.

1 1127

Изобретение относится к техноло.гии нанесения покрытий и может быть использовано в машиностроении и производстве микросхем для непрерыв» ного контроля толщины покрытий, наносимых методами вакуумного напыления, катодного распыления и т.п.

Известны кварцевые измерители толщины и скорости напыления пленок, содержащие автогенератор с кварцевым пьезокристаллом, измеряющим частоту колебаний при нанесении на него пленки, частотомер и схему управления (13.

HQR использовании таких измерите» лей для контроля покрытий значитель" ной толщиной снижается точность и надежность работы генератора с кварцевыми пьезокристаллами вследствие появления срывов колебаний из-за снижения добротности или перекосов частоты нри отслаивании от пьезокристалла напыленного покрытия.

Поскольку контроль производится в вакууме, то операция замены пьезокристаллов очень сложная и стоит ,дорого..

Наиболее близким к изобретению. из известных устройств для непрерывного контроля толщины покрытия при их нанесении является струнный измеритель толщины пленки, содержащий колебательную систему (частота колебаний которой зависит от массы наносимого покрытия), контрольный образец, усилитель напряжения и З5 измерительный блок (2).

Недостатками известного измерителя являются невысокая надежность из-за наличия сложной электромеханической системы поддержания постоянства 4О суммы частот колебания струн,низкая механическая прочность струн, зависимость чувствительности от его ориентации относительно вертикали, так как устройство реагирует на изменение веса, а не массы контрольного образца, что позволяет использовать его только в подвижных наземных ус" тановках.

Недостатки известного устройства приводят к снижению качества напыляемых покрытий и уменьшению вы хода годных иэделий.

Целью изобретения является новышение надежности в работе устройст". Я ва;

Поставленная цель достигается тем что устройство для контроля толщины

913 2 покрытия, содержащее колебательную систему, контрольный образец, усилитель напряжения и измерительный блок,.снабжено генератором одиночных импульсов и электромагнитом, а колебательная система выполнена в виде стержня, подвешенного на упругих элементах в виде пружин-консолей, и жестко соединенного одним торцом с контрольным образцом, другим - с пластиной-якорем электромагнита, причем обмотка электромагнита подключена к выходу генератора одиночных импульсов.

Частота колебаний колебательной системы определяется массой .. стержня с закрепленным на нем конт. рольным образцом.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — колебательная система, общий вид; на фиг. 3 — закрепление контрольного образца.

Структурная схема устройства содержит колебательную систему 1, генератор 2 одиночных импульсов, электромагнит 3, датчик 4 колебаний, усилитель 5 напряжений н измерительный блок 6 (например, частотомер 43-44А). При этом выход генератора 2 одиночных импульсов подключен к электромагниту 3, а датчик 4 колебаний соединен с входом усилите ля 5 напряжения, выход которого подключен к частотомеру 6.

Колебательная система включает стержень 7, жестко соединенный с контрольным образцом 8 и упругими элементами, выполненными в виде пружин-консолей: пружиной 9, бли- вжайшей к контрольному образцу, и пружиной 10 удаленной от контрольного образца, закрепленную на торце стерж-. ня металлическую пластину-якорь 11 .электромагнита.

Датчик колебаний может быть построен на любом из известных принципов:емкостном,индуктивном,фотоэлектрическом и т.д. В изобретении использован фотоэлектрический датчик, содержащий миниатюрную лампу 12 накаливания и фотодиод 13. Дампа н фотодиод расположены с разных сторон. от непрозрачного флажка 14, закреп-. ленного на стержне. Совершая вместе со стержнем поступательно-возвратные колебания, флажок периодически перекрывает путь света от лампы к фотодноду Модулированный сигнал фотодиЭ 1127 ода подается на вход усилителя 5.

Лампа и светодиод помещены в защитный корпус 15.

Контрольный образец крепится к стержню с помощью держателя, содержащего опорную планку 16, закрепленную на стержне пластиной 17 и винтами 18, и прижимную планку 19, зажимающую контрольный образец с помощью винта 18. 10

Пружиньг.консоли крепятся с помощью одинаковых зажимов, содержащих . основание 20 и пластину 21. Основание крепится к стержню винтом 22, а пружины консоли зажимаются одним концом между основанием 20 и пластиной

21 винтом 23. Другой конец пружин эакренлен на корпусе 24.устройства пластиной 25 и двумя винтами 26.

Генератор 2 одиночных импульсов представляет собой, например, мультивибратор, собранный на логических элементах, счетчик и дешифратор.

Конгрольный образец выполнен в виде. тонкой пластинки из металла или 25 диэлектрика, которая может легко заменяться после нанесения покрытия.

Усилитель напряжения содержит операционный усилитель с цепями кор" рекции.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания устройства генератор 2 одиночных импульсов формирует на выходе через равные промежутки времени короткие импульсы электрического тока, которые преобра» эуются электромагнитом 3 в импульсы магнитного поля, а последние, взаимодействуя с металлической пластиной

11, приводят в режим колебаний стер40 жень 7. Период колебаний стержня

° фиксируется датчиком 4 колебаний, с помбщью которого механические ко; ебания преобразуются в электрический сигнал с периоцом, равным периоду

913 4 колебаний стержня, данный сигнал усиливается усилителем 5 напряжения и поступает на вход измерительного блока.6. На табло измерительного блока в цифровом виде индицируется период колебаний стержня.

При нанесении на контрольный образец покрытия масса контрольного образца увеличивается, что приводит к увеличению периода колебаний стержня.

Разность между начальным периодом колебаний (до нанесения покрытия) и текущим значением периода содержит информацию о массе н, следовательно, толщине покрытия при известной площади контрольного образца. Величина изменения периода колебаний зависит от напыляемого материала, в частности от удельного веса, и определяется экспе риментально, используя весовые методы контроля толщины покрытии, Использование предлагаемого устройства, по сравнению с известным, позволяет повысить качество напыляемых покрытий и увеличить выход год-, ных изделий путем повышения надежности устройства, которое достигается за счет упрощения колебательной системы, увеличения ее механической прочности. Кроме того, использование изобретения позволяет повысить точность измерения за счет исключения влияния ориентации устройств относительно нормали к Земле на .его чувствительность и уменьшения влияния температуры нагрева контрольного образца на стабильность периода колебаний путем применения пружин с разным коэффициентом упругости, а также обеспечить эффективный контроль в большом диапазоне толщип напыляемых покрытий в разли ных условиях напыления, в т.ч. на попвижных объектах и в космосе.

1127913

Заказ 8988/20 Тираж 899

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4

Составитель Н.Серебрянникова, Репактоо Г.Волкова Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар