Устройство для лучевой обработки материалов

 

Изобретение относится к лучевой обработке материалов и может быть использовано при электронно-лучевом и лазерном напылении материалов для контроля толщины нанесенного покрытия непосредственно в процессе напыления. Задача, решаемая изобретением, повышение точности контроля толщины покрытия при лучевом напылении металлов непрерывно действующим лучом. Сущность изобретения: устройство содержит энергетический агрегат 1 для генерации луча, датчик 2 вторичного излучения, источник 3 напряжения, резистор 4 нагрузки, компаратор 5, триггер 6, генератор 8 импульсов с ключом управления, два счетчика 9 и 13, цифроаналоговый преобразователь 10, формирователь импульсов 11, делитель частоты 12, дешифратор 14 и блок индикации 15, подключенный входом к выходу дешифратора 14. Устройство осуществляет в процессе напыления цифровое интегрирование ионного тока, интеграл на блок индикации 15. Положительный эффект: точность интегрирования не зависит от длительности процесса, что обеспечивает высокую точность контроля толщины покрытия, наносимого в процессе лучевого напыления металлов. 1 ил.

Изобретение относится к лучевой обработке материалов и может быть использовано при электронно-лучевом и лазерном напылении материалов для контроля толщины нанесенного покрытия непосредственно в процессе напыления.

Известно устройство для лучевой обработки материалов, содержащее энергетический агрегат для генерации луча, датчик вторичного излучения в плазме и последовательно соединенные источник напряжения и резистор нагрузки [1] Известное устройство не позволяет осуществлять контроль толщины наносимого покрытия, пропорциональной значению интеграла ионного тока на электрод.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для лучевой обработки материалов, содержащее энергетический агрегат для генерации луча, датчик вторичного излучения из зоны воздействия луча на металл, генератор импульсов с ключом управления и триггер [2] Недостатком известного устройства является невозможность точного определения массы металла, распыляемого при лазерном воздействии, и связанной с этой массой толщины покрытия, наносимого путем распыления материала лазерным лучом.

Цель изобретения повышение точности контроля толщины покрытия при лучевом напылении металлов.

Устройство в процессе лучевого напыления производит периодическое кратковременное измерение ионного тока плазмы с паузами, длительность которых, определяемая блоком запаздывания, значительно превышает время измерения. Одновременно осуществляется суммирование измеряемых значений в одном из счетчиков и после преобразования дешифратором вывод результатов на блок индикации. Такой алгоритм работы устройства реализует принцип цифрового интегрирования ионного тока в плазме, интеграл от которого пропорционален толщине наносимого покрытия. При этом достигается высокая точность интегрирования при лучевом напылении металлов непрерывном лучом независимо от продолжительности процесса напыления.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит: энергетический агрегат 1 для генерации луча, датчик 2 вторичного излучения из зоны воздействия луча на металл, источник 3 напряжения, резистор 4 нагрузки, компаратор 5, триггер 6, блок запаздывания 7, генератор импульсов 8 с ключом управления, первый счетчик 9, цифроаналоговый преобразователь 10, формирователь 11 импульсов, делитель 12 частоты, второй счетчик 13, дешифратор 14 и блок 15 индикации. Источник 3 напряжения соединен одним полюсом с датчиком 2 вторичного излучения, а вторым полюсом подключен к резистору 4 нагрузки и к одному из входов компаратора 5. Второй вход компаратора 5 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 10, вход которого подключен к выходу первого счетчика 9. Выход компаратора 5 соединен с входом установки нуля триггера 6, а вход установки единицы триггера 6 подключен к выходу блока 7 запаздывания, вход которого и вход формирователя 11 импульсов соединены с инверсным выходом триггера 6. Выход формирователя 11 импульсов подключен к входу установки нуля первого счетчика 9, вход которого и вход делителя 12 частоты соединены с выходом генератора 8 импульсов. Выход делителя 12 частоты соединен с входом второго счетчика 13, подключенного выходом к входу дешифратора 14, а ключ управления генератора 8 импульсов подключен к прямому выходу триггера 6. На чертеже также изображена мишень из распыляемого материала 16.

Триггер 6 является RS-триггером и имеет входы установки нуля и единицы, а также прямой и инверсный выходы. Блок 7 запаздывания обеспечивает задержку на заданный промежуток времени сигнала на выходе блока относительно момента появления сигнала на его входе. Первый счетчик 9 является двоичным счетчиком с числом разрядов, равным числу разрядов цифроаналогового преобразователя 10. Формирователь 11 импульсов обеспечивает формирование на его выходе короткого импульса при появлении сигнала на входе. Второй счетчик 13 является двоично-десятичным счетчиком.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент работы включается энергетический агрегат 1, который обеспечивает генерацию луча. При этом начинается процесс испарения мишени 16. Ввиду наличия цепи регистрации ионного тока в плазме, образованной электродом 2, которым может являться напыляемое изделие, источником 3 напряжения смещения и резистором 4 нагрузки, на резисторе 4 формируется напряжение, пропорциональное величине ионного тока в плазме.

Одновременно с включением энергетического агрегата 1 производится установка в нулевое состояние первого 9 и второго 13 счетчиков, а также триггера 6. При этом на инверсном выходе триггера 6 формируется сигнал логической единицы. Через промежуток времени, определяемый блоком 7 запаздывания, сигнал логической единицы с выхода блока 7 запаздывания поступает на вход установки единицы триггера 6, и триггер 6 устанавливается в единичное состояние. Сигнал логической единицы с прямого выхода триггера 6 поступает на ключ управления генератора 8 импульсов, что обеспечивает появление на выходе генератора 8 периодического импульсного сигнала, который подается на счетный вход первого счетчика 9 и вход делителя 12 частоты. Сигнал с выхода первого счетчика 9 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 10, на выходе которого при этом формируется линейно возрастающее напряжение. Это напряжение подается на один из входов компаратора 5, на второй вход которого поступает напряжение с резистора 4 нагрузки, пропорциональное ионному току в плазме. При достижении напряжением с выхода цифроаналогового преобразователя 10 значения напряжения на резисторе 4 нагрузки на выходе компаратора 5 появляется сигнал логической единицы, переводящий триггер 6 в нулевое состояние. При этом с инверсного выхода триггера 6 сигнал логической единицы поступает на вход формирователя 11 импульсов, который формирует на своем выходе короткий импульс, устанавливающий первый счетчик 9 в нулевое состояние. Сигнал логической единицы с инверсного выхода триггера 6 также поступает на вход блока 7 запаздывания, а сигнал логического нуля с прямого выхода триггера 6 поступает на ключ управления генератора 8, что вызывает прекращение поступления импульсов с выхода генератора на счетный вход первого счетчика 9 и делителя 12 частоты. При этом формируется пауза, длительность которой определяется задержкой сигнала в блоке 7 запаздывания. По окончании паузы на выходе блока 7 запаздывания появляется сигнал логической единицы, который устанавливает триггер 6 в единичное состояние, и цикл повторяется. Количество импульсов, которое поступило с выхода генератора 8 на вход делителя 12 частоты в течение каждого цикла, делится делителем в заданное число раз и суммируется вторым счетчиком 13, сигнал с выхода которого подвергается дешифрации с помощью дешифратора 14 и подается на блок 15 индикации. При этом значение частоты следования импульсов с генератора 8 и длительность задержки сигнала блоком 7 запаздывания выбирают такими, чтобы время подсчета импульсов первым счетчиком 9 в течение одного цикла работы устройства было более, чем на порядок меньше, чем время паузы, когда счет импульсов не производится.

Такой алгоритм работы устройства обеспечивает цифровое определение текущего значения ионного тока в течение короткого промежутка времени с последующей паузой, длительность которой более, чем на порядок превышает время отсчета значения ионного тока в плазме. Одновременно производится суммирование импульсов с выхода генератора 8 после их деления делителем 12 в течение всего времени работы устройства. Это обеспечивает цифровое интегрирование ионного тока с постоянной интегрирования, определяемой коэффициентом деления делителя 12 частоты, и вывод значения, пропорционального интегралу от ионного тока, на цифровой индикатор блока индикации 15.

Таким образом, устройство осуществляет цифровое интегрирование ионного тока в плазме, интеграл от которого пропорционален толщине покрытия, наносимого в процессе лучевого напыления материалов, и вывод результатов на блок индикации. При этом точность интегрирования не зависит от длительности процесса, что обеспечивает высокую точность контроля толщины покрытия, наносимого в процессе лучевого напыления металлов непрерывным лучом.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее энергетический агрегат для генерации луча, датчик вторичного излучения из области воздействия луча на металл, генератор импульсов с ключом управления и триггер, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено источником напряжения, резистором нагрузки, компаратором, первым счетчиком, блоком запаздывания, формирователем импульсов, цифроаналоговым преобразователем, а также последовательно соединенными делителем частоты, вторым счетчиком, дешифратором и блоком индикации, причем источник напряжения одним полюсом подключен к датчику вторичного излучения, а другим к резистору нагрузки и первому входу компаратора, второй вход которого соединен через цифроаналоговый преобразователь с выходом первого счетчика, выход компаратора соединен с входом установки нуля триггера, вход установки единицы триггера подключен к выходу блока запаздывания, вход которого и вход формирователя импульсов соединены с инверсным выходом триггера, выход формирователя импульсов подключен к входу установки нуля первого счетчика, вход которого и вход делителя частоты соединены с выходом генератора импульсов, ключ управления которого соединен с прямым выходом триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1